Галдецької А В, Клімова А В, Манченко Л В, Пашковський А Б, Пчелін В А, Сілін Р А, Чепурних І П ФГУП НПП «Исток» Вокзальна 2а, г Фрязіно, 141190, Росія тел: (495) 4658620, e-mail: solidstate10@mailru

Анотація – Запропоновано проста методика моделювання узгоджувальних ланцюгів потужних внутрісогласованних польових транзисторів на кераміці з високою діелектричної проникністю, заснована на заміні системи повязаних ліній на кераміці – системою еквівалентних незалежних мікрополосков Запропонована методика дозволяє проводити нелінійну оптимізацію параметрів узгоджувальних ланцюгів без втрати точності моделювання окремих елементів узгодження

I                                       Введення

При розробці потужних ВСТ в двох і трисантиметровим діапазоні довжин хвиль виникає серйозна проблема мініатюризації узгоджувальних ланцюгів, яку вирішують з використанням керамічних вставок з високою діелектричної проникністю [1,

2] Однак чисельне моделювання таких конструкцій приводить до серйозних технічних труднощів практично на всіх сучасних пакетах моделювання Справа в тому, що зазвичай потужний ВСТ в схемотехническом плані являє собою систему паралельно зєднаних елементарних осередків з вельми щільною просторової упаковкою Узгодження транзисторних осередків проводиться L – С – L ланцюжком, в якій роль індуктивностей виконують зволікання разварки затворних та стічних майданчиків Ємнісні елементи узгоджувальний ланцюга формуються напиленням смужки на підкладці з кераміки з високою діелектричної проникністю (ε> 40), розміщених в заданих габаритах, що обумовлює сильну звязок між ними, яку необхідно враховувати в розрахунках У всіх сучасних системах компютерного моделювання схеми НВЧ в нелінійному режимі розраховуються методом гармонійного балансу, який при вкпюченіі в схеми систем повязаних мікрополоско-вих ліній стає нестійкий, що повністю іскпючает проведення будь-яких оптимізаційних розрахунків У даній роботі увазі читачів пропонується проста методика, що дозволяє з прийнятною точністю обходити виникають технічні труднощі

II                              Основна частина

Основна ідея полягає в наступному Всі сучасні системи схемотехнічного компютерного моделювання використовують метод гармонійного балансу працюють нестійко при наявності систем звязаних ліній і абсолютно стійко при наявності звичайних мікрополоскових ліній Тому, якщо замінити систему повязаних ліній системою еквівалентних незалежних смужку (зі своїми хвильовими опорами і довжинами), то можна проводити оптимізацію схеми узгодження, без виникнення будь – яких технічних проблем, а на заключному етапі зворотним перерахунком відновити реальні розміри керамічних вставок Як відомо, характеристики мікрополоскової лінії, що перебуває в періодичній структурі з повязаних ліній, еквівалентні характеристикам одиночної лінії, біля якої розташовані магнітні стінки на відстані рівному половині зазору між повязаними лініями Ця обставина і дозволяє при проектуванні ВСТ замінити систему повязаних ліній набором одиночних еквівалентних ліній Розглянемо більш конкретно дану методику на прикладі розрахунку потужного внутрісогласованного транзистора ФГУП НПП «Исток» рис1, який в схемотехническом плані являє собою паралельне зєднання восьми елементарних осередків

Рис 1 Потужний ВСТ ФГУП 1ЧПП «14сток»

Пд 1 Power MESFET

Кожна комірка є польовим транзистором з шириною затвора 1680 мікрон і довжиною 0,25 мкм Період структури становить 340 мікрон Ємнісні елементи узгоджувальний ланцюга формуються на підкладці з кераміки з високою діелектричної проникністю (ε = 80) Майданчики на кераміці розташовані на відстані 40 мікрон один від одного, що обумовлює сильну звязок між ними Ігнорування звязку між конденсаторними майданчиками при проектуванні внутрісогласованного транзистора приводить до помилки у визначенні центральної частоти ВСТ (рис 2) З малюнка видно, що зрушення АЧХ ВСТ за частотою через повязаності майданчиків досягає 1300 мГц Ясно, що при розрахунку узгоджувальний ланцюга необхідно розглядати не вісім окремих мікрополоскових ліній, а систему з восьми повязаних мікрополоскових ліній З метою заміни системи повязаних ліній системою незалежних Полосков розраховувалися хвильовий опір і уповільнення мікрополоскової лінії шириною 300 мікрон, розташованої на керамічній підкладці з ε = 80

Рис 2 Коефіцієнт посилення ВСТ

Суцільна лінія – розрахунок з повязаними лініями, пунктирна – без урахування звязку

Fig 2 Gain of power MESFET

Solid line – with coupled mIcrostrIp, dashed line – without It

Fig 3 Gain of power MESFET Solid line – coupled mIcrostrIp, dashed line – equivalent single mIcrostrIp

Магнітні стінки розташовувалися на відстані 20 мікрон з обох сторін лінії Отримані дані дозволили розрахувати та оптимізувати погоджує ланцюг транзистора У розрахунку еквівалентна лінія була задана своїм хвильовимопором та електричної завдовжки У процесі оптимізації характеристик ВСТ підбиралися електричні довжини вхідний і вихідний еквівалентних ліній в ланцюгах узгодження кожної транзисторної осередки У результаті отримана схема внутрісогласованного транзистора, що має вихідну потужність понад 5 Вт Реальні довжини мікрополоскових ліній на кераміці розраховані за отриманими значеннями електричних довжин Частотні характеристики розробленої таким чином схеми ВСТ були надалі розраховані в лінійному режимі У цьому розрахунку согласующие елементи на кераміці з ε = 80 моделювалися як система восьми повязаних ліній АЧХ транзистора, розраховані цими двома способами представлені на рис 3

Рис 3 Коефіцієнт посилення ВСТ Суцільна лінія – розрахунок з повязаними лініями, пунктирна-з еквівалентними незалежними

З малюнка видно, що досягнуто досить гарний збіг центральної частоти характеристик Невелика розбіжність характеристик повязано з моделюванням крайніх смужок в системі повязаних ліній При заміні цих смужок еквівалентної лінією в схему вноситься деяка додаткова ємність, що призводить до невеликого зсуву характеристики вниз по частоті Однак ця похибка порівнянна з тією похибкою, яка виникає через технологічного розкиду довжин зволікань разварки транзисторів

III                                  Висновок

Запропоновано проста методика моделювання узгоджувальних ланцюгів потужних внутрісогласованних польових транзисторів на кераміці з високою діелектричної проникністю, заснована на заміні системи повязаних ліній на кераміці – системою еквівалентних незалежних мікрополосков з наступним зворотним перерахунком до реальних розмірів повязаних ліній Запропонована методика дозволяє проводити нелінійну оптимізацію параметрів узгоджувальних ланцюгів потужних польових транзисторів без втрати точності моделювання окремих елементів узгодження

IV                           Список літератури

[1]  FLM 3135-12F wwwfcsifujitsucom

[2] Климова А В, Красник В А, Манченко Л В, Пчелін В А Порівняння нелінійних моделей для транзисторів з субмікронних затвором Радіотехніка № 3, 2006, Вип 7, с 54-57

MATCHING NETWORKS ETCHED ON HIGH DIELECTRIC CONSTANT SUBSTRATES FOR POWER MESFET MODELING

Galdetcl<ii A V, Klimova A V, Manchenko L V, Pashkovskii A B, Pchelin V A, Silin R A, Chepurnykh I P

Federal State Unitary Corporation R&ampPC «Istok» Vokzalnaya 2a, Fryazino, 141190, Russia

Ph: (095) 4658620, e-mail: solldstate10@mallru

Abstract – Presented in this paper are the results of simulation of matching networks for power MESFET’s The technique of modeling is based on substitution of coupled microstrip by equivalent single microstrip placed inside magnet field webs The designated power MESFET has L – 0 – L type matching networks The lumped capacitors were realized as parallel plate capacitors on 03mm thick ceramic substrates, which have high dielectric constant The inductors were approximated by bond wires The distance between microstrip lines on ceramics is equal 40 microns that causes the strong coupling between them Modeling of scheme with coupling lines has hard math- ematic problems This problem is solved by replacement of the coupled lines by the equivalent single lines The wave impedance and slowness factor have been defined for a single microstrip line located between magnetic walls This approach allows us to take into account a coupling of microstrip lines at designing a matching networks of power transistor

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р