Генератор квч

 

Использование: изобретение относится к технике диапазона КВЧ и может быть использовано в качестве задающего генератора п риемо-передающих устройств. Сущность изобретения: В генераторе, содержащем полупроводниковый диод и размещенный на диэлектрической подложке кольцевой резонатор, полупроводниковый диод выполнен в виде набора бескорпусных мезаструктур и установлен между серединой введенного отрезка микрополосковой линии длиной, равной длине волны в линии, и кольцевым резонатором таким образом, что одна часть его мезаструктур расположена на поверхности кольцевого резонатора, а другая - на поверхности отрезка микрополосковой линии. Использование бескорпусного активного элемента, отсутствие в конструкции проволочного или ленточного проводника питания и отверстия в подложке позволяет повысить рабочую частоту и увеличить надежность работы генератора, f ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51>s Н 03 В 7(14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4788921/09 (22) 05,02.90 (46) 07.11.92, Бюл. N 41 (71) Минский радиотехнический институт (72) В.Н.Мищенко и В.И.Шалатонин (56) Tokumitsu G., izhizhl M. 50 Ghz IC

components ustng аИпИпа substrate. IEEE

Trans., MTT-31, 1983, N 6, р. 121 — 128.

Алексин А.M., Назаренко Л.С., Скляров

А.П, Микрополосковые генераторы с пониженным уровнем излучения. Изв. вузов — Радиоэлектроника, 1981, т. 24, М 10, с. 77-78. (54) ГЕНЕРАТОР КВЧ (57) Использование: изобретение относится к технике диапазона КВЧ и может быть использовано в качестве задающего генератора приемо-передающих устройств.

Изобретение относится к технике диапазона КВЧ и может быть использовано в качестве задающего генератора приемо-передающих устройств.

Известен генератор КВЧ, содержащий полупроводниковый диод, включенный в отрезок микрополосковой линии передачи.

Однако такой генератор обладает низкой стабильностью частоты и малым диапа зоном рабочих частот. Это связано с использованием прямого полуволнового микрополоскового резонатора, имеющего низкую добротность из-за больших потерь на излучение, и корпусированного полупроводникового диода, обладающего значительными реактивными параметрами корпуса.

« Ы 1774459 Ol

Сущность изобретения; В генераторе, содержащем полупроводниковый диод и размещенный на диэлектрической подложке кольцевой резонатор, полупроводниковый диод выполнен в виде набора бескорпусных мезаструктур и установлен между серединой введенного отрезка микрополосковой линии длиной, равной длине волны в линии, и кольцевым резонатором таким образом, что одна часть его меэаструктур расположена на поверхности кольцевого резонатора, а другая — на поверхности отрезка микрополосковой линии. Использование бескорпусного активного элемента, отсутствие в конструкции проволочного или ленточного проводника питания и отверстия в подложке позволяет повысить рабочую частоту и увеличить надежность работы генератора. 1 ил.

Известен генератор КВЧ, содержащий полупроводниковый диод, включенный в Ф микрополосковую линию передачи и свя- Дь эанный электромагнитно с дизлектриче- Ql ским резонатором (ДР), установленным 1() вблизи диода. Использование ДР позволило улучшить выходные ха рактеристики генератора в сантиметровом диапазоне длин волн. Однако при переходе в диапазон КВЧ собственная добротность ДР значительно снижается из-за уменьшения его размеров и возрастания потерь в диэлектрике. Кроме того, максимальная рабочая частота ограничена влиянием реактивных параметров корпуса полупроводникового диода и индуктивностью ленточного или проволочного проводника питания.

Наиболее близок к предлагаемому генератор КВЧ, содержащий полупроводниковый диод и размещенный на диэлектрической подложке микрополосковый кольцевой резонатор (КР), подключенный через фильтр и контактную площадку к первому выводу источника питания и связанный через трансформатор импеданса с выходным отрезком, причем полупроводниковый диод расположен в отверстии в диэлектрической подложке и соединен одним контактным выводом с металлическим основанием, к которому присоединен второй вывод источника питания, а другим контактным выводом с помощью проводника — с кольцевым резонатором.

Однако величина рабочей частоты в этом генераторе ограничена реактивными корпусными параметрами диода и индуктивностью проводника питания, Наиболее сильно указанные факторы проявляются в диапазоне КВЧ, когда величины этих элементов становятся соизмеримыми с параметрами основной резонансной цепи.

Цель. изобретения — увеличение рабочей частоты и повышение надежности работы твердотельного генератора КВЧ.

Поставленная цель достигается тем, что в генератор, содержащий полупроводниковый диод и размещенный на диэлектрической подложке кольцевой резонатор, подключенный через фильтр и контактную площадку к первому выводу источника питания и связанный через трансформатор импеданса с выходным отрезком, введен микрополосковый отрезок, короткозамкнутый на обоих концах, длиной, равной длине волны в линии, а полупроводниковый диод выполнен в виде набора бескорпусных мезаструктур, часть которых установлена на поверхности микрополоскового отрезка в его середине, а другая часть — на поверхности кольцевого резонатора; при этом к микрополосковому отрезку присоедMíeí второй вывод источника питания.

На чертеже изображена конструкция ге, нератора, Генератор диапазона КВЧ содержит бескорпусный полупроводниковый диод 1 с несколькими меэаструктурами (показаны на чертеже штриховыми линиями), отрезок 2 микрополосковой линии, кольцевой резонатор 3, согласующий трансформатор 4 импеданса, фильтр 5 питания с контактной площадкой 6 и выходную линия.7.

Бескорпусный полупроводниковый диод 1 является твердотельным генераторным прибором, в качестве которого могут быть использованы диоды Ганна (ДГ) или ЛПД.

Активными элементами в них являются многомезные, в частности четырехмеэные, полупроводниковые структуры, которые, в сравнении с одномеэными, характеризуются улучшенным тспловым режимом и мень5 шими омическими потерями, Бескорпусный полупроводниковый диод 1 установлен между серединой отрезка 2 МПЛ и кольцевым резонатором 3 таким образом, что одна часть его меэаструктур расположена на по10 верхности КР, а другая — на поверхности отрезка 2 МПЛ.

Диэлектрическую подложку (на чертеже не показана), на которой формируется микрополосковая топологическая схема. для

15 эффективного отвода тепла от бескорпусногo диода 1 выполняют из материала с Lhlco

Koé теплопроводностью, наприMåð теплонита или нитрида алюминия. Короткоэамкнутый отрезок 2 микрополосковой ли20 нии передачи длиной it, где Яд — длина волны в линии, предназначен для размещения на его поверхности нескольких генераторных мезаструктур бескорпусного диода

1 (на чертеже показано размещение двух

25 мезаструктур) и обеспечения режима, близкого к короткому замыканию по КВЧ на металлическое основание нижних контактов

1. мезаструктур. Этот отрезок. кроме того, обеспечивает подачу одного вывода источ30 ника питания к мезаструктурам, расположенным на его поверхности,,Цругой вывод источника питания по цепи; контактная площадка 6 — фильтр 5 — кольцевой резонатор 3 подается к катодным контактным площад35 кам оставшихся мез (две мезы на чертеже), что обеспечивает смещение этих меэ в прямом направлении и, соответствен lo, их малое сопротивление. Таким образом, второй вывод источника питания через малое оми40 ческое сопротивление прямосмещенных мез и высоколегированную подложку 1 подается к анодным выводам генераторных мез, что обеспечивает их работу в режиме отрицатели ной дифференциальной прово45 димости, Кольцевой резонатор 3, возбуждаемый на высших модах вида ТМ21о, ТМзю, является основным резонансным элементом генератора. Его размеры (средний радиус и ширину кольца) выбирают исходя из

50 обеспечения требуемой частоты генерации и заданного волнового сопротивления. Использование КР вместо традиционного полуволнового резонатора позволило более чем на порядок снизить потери на иэлуче55 ние, т.е. повысить добротность резонансной системы генератора и, соответственно, стабильность частоты колебаний.

Фильтр 5 совместно с контактной площадкой 6 необходим для подачи постоянно1774459

40 го смещения через КР на диод 1 и развязки по цепи питания от возникновения паразитных типов колебаний. Он выполнен из чередующихся четоертьволновых отрезков

tMKpollolIocKoooA линии с большим и малым волновым сопротивлением и соединен с одной стороны с контактной площадкой 6 для подачи напряжения смещения, а с другой стороны — с КР 3. Трансформатор 4 импеданса служит для оптимального согласования импедансов схемы и выходной микрополосковой линии 7. выходная линия

7 предназначена для передачи полезной энергии на выход устройства. Описанные элементы генератора расположены на металлизированной с обратной стороны диэлектрической подложке и изготавливаются в едином технологическом цикле с использованием процессов вакуумного напыле-. ния, фотолитографии и гальванического наращивания металлических проводников до необходимой толщины. Мажет быть использована двух- или трехслойная композиция наносимых металлов, например, хром-золото, хром-медь-золото.

Применение бескорпусного генераторного элемента и отсутствие в конструкции проводника питания и отверстия в подложке позволило избавиться от нежелательных реактивностей и омических потерь. Это способствует увеличению рабочей частоты, упрощению конструкции и снижению труцоемкости процесса изготовления генератора. Отсутствие проволочного или ленточного проводника питания для подачи напряжения смещения на диод и снижение вследствие этого общего числа паяных или сварных соединений приводит к повышению надежности работы устройства.

Осуществлялась практическая реализация предложенного генератора.

Было изготовлено пять генераторных гибридно-монолитных схем. В качестве полупроводниковых диодов 1 с отрицательной проводимостью использовались серийные четырехмезные бескорпусные диоды Ганна, 5

30 изготовленные на основе четырехслойной эпитаксиальной структуры арсенида галлия

Сформированные на них сплавные золотогерманиевые омические контакты обеспечивают монтаж диодов в схему, т.е. на поверхность отрезка 2 МПЛ и кольцевого резонатора 3 при помощи термокомпрессионной сварки (Т = 360 †4 С). Полупроводниковый кристалл имеет квадратную форму со стороной 150 — 200 мкм при высоте 70 — 80 мкм. Элементы топологической схемы формировались в едином технологическом цикле на диэлектрической подложке из нитрида алюминия с использованием процессов вакуумного напыления, фотолитографии и последующего гальванического наращивания двуслойной композиции (хром-золото) металлов, Слой хрома толщиной 0,1-0,2 мкм служит для повышения адгезии золота к диэлектрической подложке. Общая толщина металлизации составила 3 мкм. Усредненные электрические характеристики генераторов были следующими: выходная мощность 5 мВт; рабочая частота - 51,2

ГГц.

Формула изобретения

Генератор КВЧ, содержащий полупроводниковый диод и размещенный на диэлектрической подложке кольцевой резонатор, подключенный через фильтр и контактную площадку к первому выводу источника питания и связанный через трансформатор импеданса с выходным отрезком, отличающийся тем, что, с целью увеличения рабочей частоты и повышения надежности, введен микрополоскавый отрезок, короткозамкнутый на обоих концах, длиной, равной длине волны и линии, полупроводниковый диод выполнен в виде набора бескорпусных мезаструктур. часть которых установлена на поверхности микрополоскового отрезка в его середине, а другая часть на поверхности кольцевого резонатора, при этом к микрополосковому от- резку присоединен второй вывод источника питания.

1774459

Составитель В. Мищенко

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор С. Лисина

Редактор И. Шубина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 3934 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5