Контур усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и свч-сигналов

Авторы патента:


Контур усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и свч-сигналов
Контур усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и свч-сигналов
Контур усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и свч-сигналов
Контур усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и свч-сигналов

 


Владельцы патента RU 2565366:

ЧАЙНА ЭЛЕКТРОНИКС ТЕКНОЛОДЖИ ГРУП КОРПОРЕЙШН N 55 РЕСЭЧ ИНСТИТЬЮТ (CN)

Изобретение относится к созданию контура усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и СВЧ-сигналов. Технический результат заключается в обеспечении согласования выходного полного сопротивления микросхемы мощности с широкополосной сетью. Контур включает в себя разветвленный подконтур, образованный из контура питания постоянного тока и контура мощного СВЧ-сигнала. Контур питания постоянного тока начинается с порта (211) электропитания стока транзистора с высокой подвижностью электронов (ТВПЭ) и соединен с питающим выходом транзисторного канала (250) ТВПЭ нижнего уровня, используя соответствующую линию после параллельного подключения к первому конденсатору (221) типа металл-диэлектрик-металл (МДМ) и последовательного соединения с первой микрополосковой катушкой (222) индуктивности и симметричными микрополосковыми линиями (223) ответвления. Контур мощного СВЧ-сигнала начинается с сигнального выхода транзисторного канала (250) ТВПЭ нижнего уровня, объединяет в две линии соответствующие линии, причем эти две линии соответственно параллельно соединены с двумя третьими МДМ конденсаторами (241, 242), соответственно последовательно соединены со вторым электродом вторых МДМ конденсаторов (231, 234), соответственно параллельно соединены с заземляющими микрополосковыми катушками (232, 235) индуктивности и соответственно последовательно соединены со вторыми микрополосковыми катушками (233, 236) индуктивности. 5 з.п. ф-лы 4 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[00011 Данное изобретение касается контура усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и СВЧ-сигналов и, в частности, относится к высокомощной полупроводниковой интегральной схеме усилителя мощности СВЧ-диапазона и миллиметрового диапазона с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и СВЧ-сигналов и к области коммуникационных технологий.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0002] Силовой полупроводниковый интегральный усилитель мощности СВЧ-диапазона и миллиметрового диапазона представляет собой основное устройство в системе СВЧ-обнаружения и управления и используется для усиления сигнала низкой мощности до мощного сигнала, что увеличивает мощность излучения эмиттера в системе, таким образом, увеличивая расстояние обнаружения. При разработке системы СВЧ-обнаружения и управления требуется увеличивать расстояние обнаружения, а также уменьшать потребление энергии, таким образом, повышая эффективность усилителя.

[0003] В одном аспекте требуется, чтобы силовой полупроводниквый интегрированный усилитель мощности СВЧ-диапазона и миллиметрового диапазона имел высокую выходную мощность и высокую эффективность. В другом аспекте, во время серийного производства, для повышения воспроизводимости и производительности и уменьшения стоимости микросхема должна быть миниатюризирована.

[0004] Высокая выходная мощность требует подачи большого тока и, следовательно, для передачи большого тока контур питания обычно имеет ширину линии 100 мкм, более чем в два раза превышающую ширину линии сигнала, занимает 1/10 радиального расстояния площади нижнего уровня микросхемы и занимает большую площадь микросхемы. Кроме того, достижение высокой мощности и высокой эффективности требует надлежащего согласования на выходе. Для общих Т- и π-согласующих цепей и нескольких ответвлений их производных форм легко внести гибкую корректировку в конструкцию и схему цепи для сигналов в различных диапазонах частот, в частности, широкополосных сигналов. Из-за ограничения размера микросхемы микросхема силового полупроводнокового усилителя мощности СВЧ-диапазона и миллиметрового диапазона обладает очень ограниченным промежутком для размещения в схеме контура нижнего уровня.

[0005] Блок нижнего уровня в существующем силовом полупроводниковом интегральном усилителе мощности СВЧ-диапазона и миллиметрового диапазона содержит канал транзистора с высокой подвижностью электронов (ТВПЭ) с большой шириной сетки и низким выходным полным сопротивлением. Типовая конструкция изображена на ФИГ. 1. Транзисторный канал 150 нижнего уровня полевого транзистора типа металл-оксид-полупроводник (ПТМОП) проходит через два зеркально расположенных выходных подконтура 101, 102 и соединен с выходным портом 112 посредством последовательного соединения с катушкой 134 индуктивности и параллельного соединения с конденсатором 135. Выходной подконтур 101 включает в себя контактную площадку 111, конденсатор 121, микрополосковую линию 122 и согласующую цепь. Согласующая цепь включает в себя конденсатор 131 и катушки 132, 133 индуктивности, где место соединения катушек 132, 133 индуктивности расположено на пластине конденсатора 131, а согласующая цепь согласована с выходным контактом этой пластины (см. ФИГ. 2). Учитывая требования в двух вышеизложенных аспектах, одна основная сложная задача состоит в согласовании очень низкого выходного полного сопротивления до 50 Ом; при этом на ограниченной площади микросхемы почти невозможно спроектировать цепь питания и согласующую цепь надлежащим образом, и весьма сложно достичь высокой выходной мощности и высокой эффективности.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая задача

[0006] Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить контур усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и СВЧ-сигналов путем смелых инноваций в схеме контура нижнего уровня из-за вышеизложенных сложных проблем в предшествующем уровне техники, таким образом, решая проблему согласования выходного полного сопротивления микросхемы мощности с большой шириной сетки и широкополосной сети, имеющей высокий коэффициент полного сопротивления, для полного исследования высокой производительности и высокой эффективности транзисторного канала ТВПЭ с большой шириной сетки и соблюдения требований для текущей разработки систем СВЧ-обнаружения и управления.

Техническое решение

[0007] Для достижения вышеизложенной задачи основное техническое решение контура усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и СВЧ-сигналов согласно настоящему изобретению включает в себя разветвленный подконтур, образованный из контура питания постоянного тока и контура мощного СВЧ-сигнала. Контур питания постоянного тока начинается с порта электропитания стока ТВПЭ и соединен с питающим выходом транзисторного канала ТВПЭ нижнего уровня, используя соответствующую линию транзисторного канала ТВПЭ нижнего уровня разветвленной микрополосковой линией, после параллельного подключения к первому МДМ конденсатору и последовательного соединения с первой микрополосковой катушкой индуктивности и двумя симметричными микрополосковыми линиями ответвлениями, при этом две микрополосковые линии ответвления соответственно последовательно соединены с одним из электродов вторых МДМ конденсаторов. Контур мощного СВЧ-сигнала начинается с сигнального выхода транзисторного канала ПТМОП нижнего уровня, объединяет в две линии соответствующие линии транзисторного канала ТВПЭ нижнего уровня разветвленной микрополосковой линией, при этом эти две линии соответственно параллельно соединены с двумя третьими МДМ конденсаторами, соответственно последовательно соединены со вторым электродом вторых МДМ конденсаторов, соответственно параллельно соединены с заземляющими микрополосковыми катушками индуктивности и соответственно последовательно соединены со вторыми микрополосковыми катушками индуктивности, при этом объединены в одну линию для соединения с третьей микрополосковой катушкой индуктивности, и заканчиваются четвертым МДМ конденсатором, подключенным параллельно.

[0008] Дополнительное совершенствование технического решения настоящего изобретения заключается в том, что два электрода вторых конденсаторов МДМ разнесены в вертикальном направлении, формируя трехмерный крест между контуром питания постоянного тока и контуром мощного СВЧ-сигнала, а углы между линиями креста предпочтительно составляют 90°.

[0009] Также дополнительное совершенствование технического решения настоящего изобретения заключается в том, что трехмерный крест сформирован между объединенной линией в контуре мощного СВЧ-сигнала и одной из двух микрополосковых линий ответвления в контуре питания постоянного тока путем «воздушного моста», и углы между линиями креста предпочтительно составляют 90°.

[0010] Еще одно дополнительное совершенствование настоящего изобретения заключается в том, что предложены два разветвленных подконтура, представляющие собой контуры, расположенные зеркально друг к другу, и выходные мощности контуров мощного СВЧ-сигнала двух разветвленных подконтуров объединены и подключены параллельно конденсатору для достижения клеммы заземления.

Технический результат

[0011] После того, как принято вышеописанное техническое решение настоящего изобретения, регулировка каждого ответвления цепи согласования упрощается, и ограничения монтажа, вызванные фиксированным положением точки пересечения между сигналом постоянного тока и мощным СВЧ-сигналом, больше не существуют, таким образом, регулировочный допуск цепи согласования уменьшается. По сравнению с обычным решением увеличено выходное полное сопротивление объединенного порта, сложность согласования широкополосной сети снижена, проблема низкой сопоставимости, возникающей в результате дискретного процесса, уменьшена, производительность во время массового производства дополнительно повышена, и выходная мощность и эффективность микросхемы усилителя мощности СВЧ-диапазона и миллиметрового диапазона с большой шириной сетки повышены. При этом степень использования площади микросхемы повышена, эффективность теплоотдачи повышена и плотность мощности повышена.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012] Данное изобретение дополнительно описано ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи.

[0013] ФИГ. 1 отображает топологию контура нижнего уровня силового полупроводникового интегрального усилителя мощности СВЧ-диапазона и миллиметрового диапазона в документах предшествующего уровня техники;

[0014] ФИГ. 2 - принципиальная схема согласующей цепи нижнего уровня силового полупроводникового интегрального усилителя мощности СВЧ-диапазона и миллиметрового диапазона в документах предшествующего уровня техники;

[0015] ФИГ. 3 отображает топологию контура нижнего уровня силового полупроводникового интегрального усилителя мощности СВЧ-диапазона и миллиметрового диапазона согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и

[0016] ФИГ. 4 - принципиальная схема согласующей цепи нижнего уровня силового полупроводникового интегрального усилителя мощности СВЧ-диапазона и миллиметрового диапазона согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0017] Вариант осуществления 1

[0018] Контур усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и СВЧ-сигналов в этом варианте осуществления изображен на ФИГ. 3 и сформирован из двух разветвленных подконтуров 201, 202, представляющих собой контуры, расположенные зеркально друг к другу и пропускающие мощные СВЧ-сигналы, согласованные по амплитуде и фазе в каждой зеркальной точке. Каждый разветвленный подконтур сформирован из контура питания постоянного тока и контура мощного СВЧ-сигнала. Контур питания постоянного тока начинается с порта 211 электропитания стока ТВПЭ и соединен с питающим выходом транзисторного канала 250 ТВПЭ нижнего уровня, используя соответствующую линию транзисторного канала ТВПЭ нижнего уровня разветвленной микрополосковой линией после параллельного подключения к первому МДМ конденсатору 221 и последовательного соединения с первой микрополосковой катушкой 222 индуктивности и двумя симметричными микрополосковыми линиями 223 ответвления, при этом две микрополосковые линии ответвления соответственно последовательно соединены с одним из электродов вторых конденсаторов МДМ 231, 234. Контур мощного СВЧ-сигнала начинается с сигнального выхода транзисторного канала 250 ТВПЭ нижнего уровня, объединяет в две линии соответствующие линии транзисторного канала ТВПЭ нижнего уровня разветвленной микрополосковой линией, сформированную из группы транзисторов единичной ячейки, при этом эти две линии соответственно параллельно соединены с двумя третьими МДМ конденсаторами 241, 242, соответственно последовательно соединены со вторым электродом вторых МДМ конденсаторов 231, 234, соответственно параллельно соединены с заземляющими микрополосковыми катушками 232, 235 индуктивности и соответственно последовательно соединены со вторыми микрополосковыми катушками 233, 236 индуктивности, при этом они объединены в одну линию для соединения с третьей микрополосковой катушкой индуктивности 238, и заканчиваются четвертым конденсатором МДМ 239, подключенным параллельно, для объединения с конденсатором 240, соединенным параллельно, для достижения выходного порта 212 в конечном итоге. Поскольку два электрода вышеупомянутых вторых МДМ конденсаторов разнесены (размещены друг над другом) в вертикальном направлении, сформирован трехмерный крест между цепью питания постоянного тока и контуром СВЧ-сигнала мощности, и углы между линиями креста составляют 90°. Кроме того, сформирован трехмерный крест между объединенной линией в контуре СВЧ-сигнала мощности и одной из двух микрополосковых линий ответвления в цепи питания постоянного тока путем «воздушного моста» 237, и углы между линиями креста также составляют 90°.

[0019] В подконтурах 201, 202 контура сигнал питания постоянного тока передается в поперечном направлении на микросхеме, а СВЧ-сигнал мощности передается в осевом направлении; такой способ монтажа схемы может уменьшить влияние перекрестных помех на СВЧ-сигнал мощности из-за шума, имеющего различные частотные компоненты и производимого источником электропитания постоянного тока. В контуре питания постоянного тока и контуре СВЧ-сигнала мощности имеется, по меньшей мере, 6 крестов, которые соответственно расположены в МДМ конденсаторах 231, 234 и в «воздушном мосту» 237 подконтура 201 и в соответствующих частях зеркального подконтура 202. Для микросхемы контура всесторонне учитываются рабочий диапазон частот, мощность, эффективность, сопоставимость, производительность и стоимость; в пластине микросхемы в качестве основания используется материал GaAs или GaN; однако данное изобретение не ограничивается только этим.

[0020] Теорией и испытаниями подтверждено, что этот вариант осуществления имеет следующие полезные эффекты:

[0021] 1) Упрощается регулировка характеристик длины и ширины ответвлений в согласующей ячейке, например, микрополосковых линий 232, 233, 223, 222, 238; ограничения монтажа, вызванные фиксированным положением точки пересечения между сигналом постоянного тока и СВЧ-сигналом мощности, например, микрополосковых линий 122, 132, 133, пересекающихся в узле конденсатора 131, исчезают, в связи с этим регулировочный допуск согласующей ячейки увеличивался.

[0022] 2) Несколько транзисторных каналов ТВПЭ сначала объединяются, предварительное согласование выполняется один раз на этом объединенном порту для увеличения выходного полного сопротивления до определенного уровня, затем согласование выполняется второй раз для выполнения следующего объединения на двух объединенных портах после второго согласования, и порт после следующего объединения согласуется с 50 Ом через третью сеть. В сравнении с обычным решением этот вариант осуществления повышает выходное полное сопротивление объединенного порта (см. к ФИГ. 2 и ФИГ. 4), уменьшает область запрещенных значений согласования, снижает сложность широкополосного согласования, уменьшает проблему низкой сопоставимости, которая возникает в результате дискретного процесса, дополнительно повышает производительность во время массового производства и повышает выходную мощность и эффективность микросхемы усилителя мощности СВЧ-диапазона и миллиметрового диапазона с большой шириной сетки.

[0023] 3) Степень использования площади микросхемы повышена, эффективность теплоотдачи повышена, и плотность мощности повышена.

[0024] В итоге этот вариант осуществления решает сложную задачу согласования от выходного полного сопротивления микросхемы мощности с большой шириной сетки до широкополосной сети, имеющей высокий коэффициент полного сопротивления и порт 50 Ом для полного исследования показателей высокой мощности и высокой эффективности транзисторного канала ТВПЭ с большой шириной сетки.

1. Контур усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и СВЧ-сигналов, включающий в себя разветвленный подконтур, образованный из контура питания постоянного тока и контура мощного ВЧ-сигнала, в котором контур питания постоянного тока начинается с порта (211) электропитания стока транзистора с высокой подвижностью электронов (ТВПЭ) и соединен с питающим выходом транзисторного канала (250) ТВПЭ нижнего уровня, используя соответствующую линию транзисторного канала ТВПЭ нижнего уровня разветвленной микрополосковой линией после параллельного подключения к первому конденсатору (221) типа металл-диэлектрик-металл (МДМ) и последовательного соединения с первой микрополосковой катушкой (222) индуктивности и двумя симметричными микрополосковыми линиями (223) ответвления, при этом две микрополосковые линии ответвления соответственно последовательно соединены с одним из электродов вторых МДМ конденсаторов (231, 234); и контур мощного СВЧ-сигнала начинается с сигнального выхода транзисторного канала (250) ТВПЭ нижнего уровня, объединяет в две линии соответствующие линии транзисторного канала ТВПЭ нижнего уровня разветвленной микрополосковой линией, при этом эти две линии соответственно параллельно соединены с двумя третьими МДМ конденсаторами (241, 242), соответственно последовательно соединены со вторым электродом вторых МДМ конденсаторов (231, 234), соответственно параллельно соединены с заземляющими микрополосковыми катушками (232, 235) индуктивности и соответственно последовательно соединены со вторыми микрополосковыми катушками (233, 236) индуктивности, при этом они объединены в одну линию для соединения с третьей микрополосковой катушкой (238) индуктивности, и заканчиваются четвертым МДМ конденсатором (239), подключенным параллельно.

2. Контур усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и СВЧ-сигналов по п. 1, в котором два электрода вторых МДМ конденсаторов разнесены в вертикальном направлении для формирования трехмерного креста между контуром питания постоянного тока и контуром мощного СВЧ-сигнала.

3. Контур усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и СВЧ-сигналов по п. 1 или 2, в котором сформирован трехмерный крест между объединенной линией в контуре мощного СВЧ-сигнала и одной из двух микрополосковых линий ответвления в контуре питания постоянного тока путем «воздушного моста» (237).

4. Контур усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и СВЧ-сигналов по п. 3, в котором все углы между линиями трехмерного креста составляют 90˚.

5. Контур усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и СВЧ-сигналов по п. 4, в котором реализованы два разветвленных подконтура, представляющие собой контуры, расположенные зеркально друг к другу, и выходные мощности контуров мощного СВЧ-сигнала двух разветвленных подконтуров объединены для параллельного соединения с конденсатором (240) для достижения выходного порта (212).

6. Контур усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и СВЧ-сигналов по п. 5, в котором объединенная микрополосковая линия транзисторного электрода ТВПЭ нижнего уровня сформирована из группы транзисторов единичной ячейки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к созданию контура усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и СВЧ-сигналов. Технический результат заключается в обеспечении высокого коэффициента полного сопротивления микросхемы электропитания.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к резонансным преобразователям электрической энергии на основе резонансных усилителей мощности. Технический результат заключается в увеличении коэффициента усиления резонансного преобразователя до 2-10 и стабилизации величины коэффициента усиления при изменении нагрузки и частоты.

Изобретение относится к радиопередающим устройствам коротковолнового диапазона и может быть использовано в усилителях мощности радиопередатчиков. .

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для регулировки амплитуды радиочастотного сигнала. .

Изобретение относится к технике усиления мощности электрических сигналов (С) и может быть использовано при усилении мощности в системах воспроизведения звука, в устройствах автоматики, измерительной и преобразовательной техники.

Изобретение относится к усилителям мощности низкой частоты и может использоваться в миниатюрных слуховых аппаратах. .

Изобретение относится к радиоэлектронике при проектировании плавучих объектов. .

Изобретение относится к области усилительной и генераторной техники и может быть использовано в широкополосных передающих трактах звукового диапазона частот для радиовещания и звукоподводной связи.
Наверх