Генератор свч

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться как генератор с электронной перестройкой частоты. Технический результат - расширение диапазона перестройки частоты и обеспечение высокой выходной мощности. Генератор СВЧ содержит линию передачи на выходе, три полевых транзистора с барьером Шотки, пять индуктивностей, два резистора, четыре емкости. 3 ил.

 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к генераторам СВЧ на транзисторах с электрической перестройкой частоты.

Известен генератор СВЧ (далее генератор), содержащий полевой транзистор с барьером Шотки, выполненный из полупроводникового материала - арсенида галлия, соединенные с ним колебательную систему и полупроводниковый прибор, управляемый напряжением, при этом полевой транзистор с барьером Шотки соединен по схеме с общим истоком, один конец колебательной системы соединен с затвором полевого транзистора с барьером Шотки, а другой - с полупроводниковым прибором, управляемым напряжением, в качестве которого служит варакторный диод [1, стр. 193].

Использование в этом генераторе СВЧ в качестве активного прибора полевого транзистора с затвором в виде барьера Шотки, выполненного из полупроводникового материала - арсенида галлия, который обладает высокой подвижностью электронов, позволило существенно увеличить нижний предел диапазона перестройки частоты.

Однако данный генератор не обеспечивает широкий диапазон перестройки частоты, поскольку варакторный диод обладает ограниченным интервалом изменения управляющего напряжения.

Кроме того, невозможно реализовать генератор СВЧ в монолитном интегральном исполнении, поскольку полевой транзистор с затвором в виде барьера Шотки и варакторный диод выполнены из различных полупроводниковых материалов раздельно.

Известен генератор СВЧ, управляемый напряжением, содержащий полевой транзистор с барьером Шотки, соединенные с ним колебательную систему и полупроводниковый прибор, управляемый напряжением, при этом полевой транзистор с барьером Шотки соединен по схеме активного прибора с общим истоком, один конец колебательной системы соединен с затвором полевого транзистора с барьером Шотки, а другой - с полупроводниковым прибором, управляемым напряжением, при этом в генераторе в качестве полупроводникового прибора, управляемого напряжением, используют другой полевой транзистор с барьером Шотки, соединенный по схеме с общим истоком, при этом другой конец колебательной системы соединен со стоком другого полевого транзистора с барьером Шотки, на который подают постоянное напряжение положительной полярности, а на затвор другого полевого транзистора с барьером Шотки подают управляющее напряжение - прототип [2].

Этот генератор СВЧ сохраняет высокую величину нижнего предела диапазона перестройки частоты и обеспечивает его реализацию в монолитном исполнении.

Диапазон перестройки частоты генератора составляет примерно 1 ГГц.

Однако этот генератор СВЧ не дает существенного выигрыша относительно ширины диапазона перестройки, поскольку эту ширину ограничивают внутренние емкости полевых транзисторов с барьером Шотки.

Следует отметить, что этот генератор СВЧ сугубо направлен на решение вышеуказанной задачи и не решает задачи увеличения выходной мощности.

Техническим результатом заявленного изобретения является расширение диапазона перестройки частоты и обеспечение высокой выходной мощности.

Указанный технический результат достигается заявленным генератором СВЧ, содержащим линию передачи на выходе, два полевых транзистора с барьером Шотки, две индуктивности, емкость, при этом один конец первой индуктивности соединен со стоком первого полевого транзистора с барьером Шотки, на затвор которого подают постоянное управляющее напряжение, а другой - с затвором второго полевого транзистора с барьером Шотки, на сток которого подают постоянное напряжение положительной полярности через вторую индуктивность, сток второго полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на выходе через емкость.

В генератор дополнительно введены полевой транзистор с барьером Шотки - третий, три индуктивности - третья, четвертая, пятая, три емкости - вторая, третья и четвертая, два резистора - первый и второй соответственно, при этом - сток второго полевого транзистора с барьером Шотки соединен со стоком третьего полевого транзистора с барьером Шотки через последовательное соединение первого резистора, третьей индуктивности и третьей емкости, исток третьего полевого транзистора с барьером Шотки соединен со стоком первого полевого транзистора с барьером Шотки, затвор третьего полевого транзистора с барьером Шотки - с затвором первого полевого транзистора с барьером Шотки, исток первого, исток и сток второго полевых транзисторов с барьером Шотки заземлены, при этом исток первого - через четвертую индуктивность, исток второго - через четвертую емкость и последовательное соединение пятой индуктивности и второго резистора, сток второго - через вторую емкость.

Раскрытие сущности изобретения

Совокупность существенных признаков заявленного генератора СВЧ, а именно:

Наличие дополнительно четвертой и пятой индуктивности и предложенное соединение их с первым и вторым полевыми транзисторами с барьером Шотки обеспечивает последовательное включение этих индуктивностей и внутренних емкостей этих полевых транзисторов с барьером Шотки, тем самым - реализацию условий компенсации внутренних емкостей полевых транзисторов с барьером Шотки и тем самым - увеличение верхней границы диапазона перестройки частоты.

Наличие дополнительно третьего полевого транзистора с барьером Шотки и пяти индуктивностей, предложенное соединение затворов первого и третьего полевых транзисторов с барьером Шотки и заземление истока первого, истока и стока второго полевых транзисторов с барьером Шотки, при этом истока первого - через четвертую индуктивность, истока второго - через четвертую емкость и последовательное соединение пятой индуктивности и второго резистора, стока второго - через вторую емкость, обеспечивает, по меньшей мере, уменьшение вдвое общей внутренней емкости всех трех полевых транзисторов с барьером Шотки и тем самым - увеличение верхней границы диапазона перестройки частоты.

И, как следствие, вышеуказанного - значительное расширение диапазона перестройки частоты генератора СВЧ.

Наличие третьей индуктивности, третьей емкости и первого резистора и предложенное их последовательное соединение обеспечивает реализацию в генераторе СВЧ цепи отрицательной обратной связи и, как следствие, - обеспечение высокой выходной мощности генератора СВЧ.

Наличие дополнительно третьего полевого транзистора с барьером Шотки и второй емкости и предложенное соединение затворов и стоков всех полевых транзисторов с барьером Шотки обеспечивает одновременное изменение с управляющим напряжением емкостей первого (управляемого) полевого транзистора с барьером Шотки и третьего полевого транзистора с барьером Шотки, включенного в упомянутую цепь отрицательной обратной связи, и тем самым - одновременное изменение частот в цепи обратной связи и в цепи управления, и тем самым - исключение процесса «биения» этих частот и, как следствие, - значительное расширение диапазона перестройки частоты генератора СВЧ.

Наличие пятой индуктивности, четвертой емкости и второго резистора обеспечивает реализацию положительной обратной связи у второго (активного) полевого транзистора с барьером Шотки и, как следствие, - обеспечение высокой выходной мощности генератора СВЧ.

Более того, предложенная совокупность всех существенных признаков практически не влияет:

а) на величину общей внутренней емкости полевых транзисторов с барьером Шотки и тем самым на низких частотах сохраняет неизменной нижнюю границу диапазона перестройки частоты,

б) на крутизну вольтамперных характеристик полевых транзисторов с барьером Шотки и тем самым обеспечивает малый перепад выходной мощности генератора СВЧ в диапазоне перестройки частоты.

Итак, заявленная совокупность существенных признаков в полной мере реализует указанный технический результат, а именно расширение диапазона перестройки частоты и обеспечение высокой выходной мощности генератора СВЧ.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг 1 дана топология заявленного генератора СВЧ, где

линия передачи на выходе - 1,

первый и второй полевые транзисторы с барьером Шотки - 2 и 3 соответственно,

первая и вторая индуктивности - 4 и 5 соответственно,

емкость - 6,

третий полевой транзистор с барьером Шотки - 7,

третья, четвертая, пятая индуктивности - 8, 9, 10 соответственно,

вторая, третья, четвертая емкости - 11, 12, 13 соответственно,

первый и второй резисторы - 14, 15 соответственно.

На фиг. 2 дана электрическая схема заявленного генератора СВЧ.

На фиг. 3 дана зависимость частоты и выходной мощности генератора СВЧ от управляющего напряжения.

Пример конкретного выполнения заявленного генератора СВЧ.

Генератор СВЧ выполнен в монолитном интегральном исполнении на полупроводниковой подложке из арсенида галлия толщиной равной 0,1 мм с использованием классической тонкопленочной технологии.

Линия передачи на выходе 1 выполнена с волновым сопротивлением равным 50,0 Ом, что соответствует ширине проводника 0,08 мм.

Полевые транзисторы с барьером Шотки 2, 3, 7 выполнены каждый с длиной затвора равной 0,4 мкм, шириной затвора равной 300,0 мкм, одинаковыми длинами стока и истока равными 20,0 мкм, имеют напряжение отсечки Uотс. равное -2,0 В.

Емкости 6, 11, 12, 13 выполнены на основе окиси кремния толщиной 5,0 мкм.

Индуктивности 4, 5, 8, 9, 10 выполнены в виде меандров шириной равной 10,0 мкм и длинами 500,0 мкм, 500,0 мкм, 100,0 мкм, 50,0 мкм, 300,0 мкм соответственно.

Резисторы 14, 15 выполнены из пленки тантала, сопротивлением порядка 100 Ом.

Генератор СВЧ работает следующим образом.

На сток второго полевого транзистора с барьером Шотки 3 через вторую индуктивность 5 подают напряжение положительной полярности +6 В.

На затворы первого 2 и третьего 7 полевых транзисторов с барьером Шотки подают напряжение, изменяющееся от -2,0 В до +0 В.

Вследствие нелинейной вольтамперной характеристики у всех полевых транзисторов с барьером Шотки 2, 3, 7 и благодаря наличию сформированных положительной и отрицательной цепей обратной связи, в генераторе возникают устойчивые гармонические колебания СВЧ с частотой (f), при этом энергия постоянного напряжения преобразовывается в энергию гармонических колебаний и выделяется на выходе генератора СВЧ в виде переменного напряжения с частотой (f). В результате на выходе генератора СВЧ переменное напряжение выделяется в виде выходной переменной мощности СВЧ, поскольку мощность пропорциональна квадрату напряжения.

При изменении величины первого резистора 14, третьей индуктивности 8 или третьей емкости 12 процессы в генераторе СВЧ протекают подобно описанным выше, при этом частота гармонических колебаний СВЧ (f) изменяется в диапазоне перестройки частоты и реализуется высокий уровень выходной мощности (Р) генератора СВЧ.

На образцах заявленного СВЧ-генератора были измерены зависимости частоты и выходной мощности от управляющего напряжения, изменяющегося в пределах от -2,0 В до +0 В.

Результаты представлены на фиг. 3.

Как видно, частота (f) генератора изменяется от 10,0 до 15,0 ГГц, так что диапазон перестройки частоты генератора составляет 5,0 ГГц, что примерно в 5 раз больше, чем у прототипа.

Уровень выходной мощности (Р) генератора составляет более 50 мВт, а перепад выходной мощности в диапазоне перестройки частоты не превышает 3 дБ.

Таким образом, заявленный генератор СВЧ по сравнению с прототипом обеспечит:

- расширение диапазона перестройки частоты примерно в 5 раз,

- высокую выходную мощность генератора СВЧ порядка 50 мВт.

Более того, что важно, обеспечивает малый перепад выходной мощности генератора СВЧ в диапазоне перестройки частоты, не более 3 дБ.

Источники информации

1. Твердотельные устройства СВЧ в технике связи. Л.Г. Гассанов, А.А. Липатов, В.В. Марков. - М.: Радио и связь, 1988 г.

2. Патент РФ №2277293, приоритет от 05.10.2005 г., опубликовано 27.05.2006 г.

Генератор СВЧ, содержащий линию передачи на выходе, два полевых транзистора с барьером Шотки, две индуктивности, емкость, при этом один конец первой индуктивности соединен со стоком первого полевого транзистора с барьером Шотки, на затвор которого подают постоянное управляющее напряжение, а другой - с затвором второго полевого транзистора с барьером Шотки, на сток которого подают постоянное напряжение положительной полярности через вторую индуктивность, сток второго полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на выходе через емкость, отличающийся тем, что в генератор дополнительно введены полевой транзистор с барьером Шотки - третий, три индуктивности - третья, четвертая, пятая, три емкости - вторая, третья и четвертая, два резистора - первый и второй соответственно, при этом сток второго полевого транзистора с барьером Шотки соединен со стоком третьего полевого транзистора с барьером Шотки через последовательное соединение первого резистора, третьей индуктивности и третьей емкости, исток третьего полевого транзистора с барьером Шотки соединен со стоком первого полевого транзистора с барьером Шотки, затвор третьего полевого транзистора с барьером Шотки - с затвором первого полевого транзистора с барьером Шотки, исток первого, исток и сток второго полевых транзисторов с барьером Шотки заземлены, при этом исток первого - через четвертую индуктивность, исток второго - через четвертую емкость и последовательное соединение пятой индуктивности и второго резистора, сток второго - через вторую емкость.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники и электроники и может быть использовано при разработке автогенераторов, управляемых по частоте напряжением. Технический результат - снижение уровня фазового шума генератора, управляемого напряжением.

Генератор, управляемый напряжением, относится к области радиотехники и может быть использован в качестве источника высокочастотных колебаний в радиопередающих, радиоприемных устройствах и измерительной технике.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в различных технологических процессах, идущих с использованием ультразвуковых колебаний, формируемых пьезоэлектрическими излучателями.

Изобретение относится к генераторам, управляемым напряжением, и может использоваться для преобразования постоянного напряжения в сигнал радиочастоты. .

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в различных технологических процессах, в которых используются ультразвуковые колебания.

Изобретение относится к виброизмерительной технике и может использоваться для измерения вибрации и смещения различных деталей механизмов и машин. .

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередатчиках. .

Изобретение относится к области подстройки частоты для управляемых напряжением генераторов. .

Изобретение относится к виброизмерительной технике и может быть использовано в аппаратуре для измерения вибрации и расстояния. .

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в различных технологических процессах, идущих с использованием ультразвуковых колебаний. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы транзисторного генератора на широкодиапазонную и резкопеременную технологическую нагрузку. Транзисторный генератор содержит силовой выпрямитель, через LC-фильтр подключенный к инвертору с выходным трансформатором, и систему управления с командным устройством. Генератор снабжен ограничивающим резистором, управляемым ключом переменного тока, схемой «И» и схемой «ИЛИ», двумя высокочастотными выпрямителями, а также двумя дополнительными обмотками выходного трансформатора инвертора. Ограничивающий резистор установлен во входной цепи силового выпрямителя, параллельно резистору подсоединен управляемый ключ переменного тока, управляющий вход которого подключен к выходу схемы «И», один вход которой, через первый высокочастотный выпрямитель, связан с первой дополнительной обмоткой выходного трансформатора, а второй вход подсоединен ко второму входу схемы «ИЛИ» и сигнальной шине «ПУСК». 1 ил.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в различных технологических процессах, идущих с использованием ультразвуковых колебаний, формируемых пьезоэлектрическими излучателями. Технический результат заключается в повышении надежности транзисторного генератора, работающего на широкодиапазонную технологическую нагрузку. Транзисторный генератор содержит полумостовой инвертор на IGBT транзисторах, управляемых включенным по типовой схеме драйвером полумоста с выходным трансформатором, высокочастотным дросселем с конденсатором, выходной трансформатор, оптронное командное устройство и трансформатор тока с двумя первичными обмотками, информационный выход которого подсоединен к конденсатору, одна первичная обмотка включена в цепь вторичной обмотки выходного трансформатора последовательно с высокочастотным дросселем и резонансной нагрузкой, вторая первичная обмотка включена последовательно с конденсатором, параллельным нагрузке. 1 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в синтезаторах частот, работающих вплоть до СВЧ диапазона. Технический результат изобретения заключается в уменьшении спектральной плотности фазовых флуктуаций генераторных устройств каскодного типа. Управляемый напряжением генератор содержит активный элемент, выполненный на первом и втором транзисторах, которые включены по схеме «общий эмиттер - общая база», делитель напряжения, образованный первым, вторым и третьим резисторами, а также эмиттерный резистор первого транзистора и коллекторный резистор второго транзистора, за счет чего обеспечиваются режимы работы транзисторов по постоянному току. Генератор содержит четыре разделительных конденсатора, три развязывающих элемента и блокировочную емкость. Кроме этого в состав генератора входят первая и вторая индуктивности, первый и второй конденсаторы, первый второй, третий и четвертый варикапы, которые являются частотозадающими элементами. 9 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в синтезаторах частот, работающих вплоть до СВЧ диапазона. Технический результат изобретения заключается в уменьшении спектральной плотности фазовых флуктуаций генераторных устройств каскодного типа. Управляемый напряжением генератор содержит активный элемент, выполненный на первом и втором транзисторах, которые включены по схеме «общий эмиттер - общая база», делитель напряжения, образованный первым, вторым и третьим резисторами, а также эмиттерный резистор первого транзистора и коллекторный резистор второго транзистора, за счет чего обеспечиваются режимы работы транзисторов по постоянному току. Генератор содержит четыре разделительных конденсатора, три развязывающих элемента и блокировочную емкость. Кроме этого в состав генератора входят первая и вторая индуктивности, первый и второй конденсаторы, первый второй, третий и четвертый варикапы, которые являются частотозадающими элементами. 9 ил.

Изобретение относится к различным вариантам выполнения цепи генератора. Технический результат заключается в расширении арсенала средств того же назначения. Цепь (100) генератора содержит первую цепь (T1) колебательного контура, содержащую индуктивный элемент (L) и емкостной элемент (C), подключенные последовательно между первой шиной (14) напряжения и первым узлом (12) возбуждения. Каскад (F) обратной связи подключен к первому выходу (13) колебательного контура первой цепи (T1) колебательного контура и к первому узлу (12) возбуждения. Каскад (F) обратной связи выполнен с возможностью генерировать в соответствии с первым осциллирующим напряжением на колебательном контуре, присутствующим на первом выходе (13) колебательного контура, первое осциллирующее напряжение возбуждения на первом узле (12) возбуждения, синфазное с первым осциллирующим током колебательного контура, текущим в индуктивном элементе (L) и емкостном элементе (C), что вынуждает генератор (100) совершать колебания в режиме последовательного резонанса индуктивного элемента (L) и емкостного элемента (C). 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться как генератор с электронной перестройкой частоты. Технический результат - расширение диапазона перестройки частоты и обеспечение высокой выходной мощности. Генератор СВЧ содержит линию передачи на выходе, три полевых транзистора с барьером Шотки, пять индуктивностей, два резистора, четыре емкости. 3 ил.

Наверх