Генератор квч

(5 ц 5 Н 0 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКО Сущ держ Чизобретенона КВЧ истве задаюедающих относитжет быть его генетройств. 4 Дь Дь СЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(46) 07.11.92, Бюл. В (71) Минский радиоте (72) В,Н.Мищенко и (56) ТоМглТЗц О., совропеп 1 з цзпц а Тгапз., МТТ, 1983Алексин А,М., На А.П, Микрополосков ниженным уровнем эов - Радиоэлектро с. 77-78.(54) ГЕНЕРАТОР КВ (57) Использование: ся к технике диапаз использовано в каче ратора приемо-пер 41хнический институтВ.И. ШалатонинкЫгЬ М, 50 ОЬл СтПа зцЬзтгасе. ЕЕЕМ 6, р. 121 - 128,эаренко Л.С., Скляровые генераторы с поизлучения. Изв, вуника, 1981, т. 24, М 10,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 иэ-за больших потерь на излучение, и корпусированного полупроводникового диода, обладающего значительными реактивными параметрами корпуса,ность изобретения; В генераторе, соащем 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.ил,Известен генератор КВЧ, содержащий полупроводниковый диод, включенный в микрополосковую линию передачи и связанный электромагнитно с диэлектрическим резонатором (ДР), установленным 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 полупроводниковыйдиод и размещенный на диэлектрическойподложке микрополосковый кольцевой резонатор (КР), подключенный через фильтр иконтактную площадку к первому выводу источника питания и связанный через трансформатор импеданса с выходным отрезком,причем полупроводниковый диод расположен в отверстии о диэлектрической подложке и соединен одним контактным выводом сметаллицеским основанием, к которомуприсоединен второй вывод источника питания, а другим контактным выводом спомощью проводника - с кольцевым резонаторам.Однако величина рабочей частоты оэтом генераторе ограничена реактивнымикорпусными параметрами диода и индуктивностью проводника питания, Наиболеесильно указанные факторы проявляются вдиапазоне 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, чтов генератор, содержащий полупроводниковый диод и размещенный на диэлектрической подложке кольцевой резонатор,подключенный через фильтр и контактнуюплощадку к первому выоаду источника питания и связанныйчерез трансформатор импеданса с выходным отрезком, введенмикрополоскооый отрезок, короткозамкнутый на обоих концах, длиной, равной длиневолны в линии, а полупроводниковый диодвыполнен о виде набора бескорпусных мезаструктур, часть которых установлена наповерхности микрополоскаоога отрезка оего середине, а другая часть - на поверхности кольцевого резонатора; при этом к микрополоскооаму отрезку присоединенотарой вывод источника питания.На чертеже изображена конструкция ге, нератора,Генератор диапазона КВЧ содержитбескорпусный полупроводниковый диод 1 снесколькими мезаструктурами (показаны начертеже штриховыми линиями), отрезок 2микрополосковой линии, кольцевой резонатор 3, согласующий трансформатор 4 импеданса, фильтр 5 питания с контактнойплощадкой 6 и выходную линия.7,Бескорпусный полупроводниковый диод 1 является твердотельным генератарнымприбором, в качестве которого могут бытьиспользованы диоды Ганна (ДГ) или ЛПД.Активными элементами в них являются многамезные, в частности четырехмеэные, полупроводниковые структуры, которые, всравнении с одномеэными, характеризуются улучшеннылг тспловым режимом и мень 5 шими омическими потерями, Бескорпусныйполупроводниковый диод 1 установленмежду серединой отрезка 2 МПЛ и кольцевым резонатором 3 таким образом, что одначасть ега мезаструктур расположена на по 10 верхнасти КР, а другая - на поверхностиотрезка 2 МПЛ.Диэлектрическую подложку (на чертежене показана), на которой формируется микрополаскооая топологическая схема, для15 эффективного отвода тепла от бескорпусного диода 1 выполняют из материала с высокой тепло прооодностью, напримертеплонита или нитрида аламиния. Короткозамкнутый отрезок 2 микрополоскавой ли 20 нии передачи длиной Лд, где Яд - длинаволны в линии, предназначен для размещения на его поверхности нескольких генераторных мезаструктур бескорпусного диода1 (на чертеже показано размещение двух25 мезэструктур) и обеспечения режима, близкого к короткому эамыканио по КВЧ на металлическое основание нижних контактовГ.мезаструктур. Этот отрезок. кроме того,обеспечивает подачу одного вывода истач 30 ника питания к мезаструктурам. расположенным на его поверхностиЦругой выводисточника питания по цепи; контактная площадка 6 - фильтр 5 - кольцевой резонатор 3подается к катодным контактным площад 35 кам оставшихся мез (две мезы на чертеже),что обеспечивает смещение этих мез в прямом направлении и, соответственна, их малое сопротивление. Таким образом, второйвывод источника питания через малое оми 40 ческое сопротивление прямосмещенныхмез и высоколегираванную подложку 1 подается к анодным выводам генераторныхмез, что обеспечивает их работу в режимеотрицательной дифференциальной прово 45 димости, Кольцевой резонатор 3, воэбуждаемьй на высших модах вида ТМ 21 о, ТМэю,является основным резонансным элементом генератора, Его размеры (средний радиус и ширину кольца) выбирают исходя из50 обеспечения требуемой частоты генерациии заданного волнового сопротивления, Использование КР вместо традиционного полуоолнового резонатора позволило болеецем на порядок снизить потери на иэлуче 55 ние, т.е. повысить добротность резонансной системы генератора и, соответственно,стабильность частоты колебаний,Фильтр 5 совместно с контактной площадкой 6 необходим для подачи постоянно 177445935 40 го смещения через КР на диод 1 и развязки по цепи питания от возникновения паразитных типов колебаний. Он выполнен из чередующихся четоертьволновых отрезков микрополосковой 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 импе- данса 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 генератор- ного 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 10 15 20 25 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 в 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения рабочей частоты и повышения надежности, введен микрополосковый 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 источникапитания,1774459Составитель В. Мищенкоедактор И, Шубина . Техред М,Моргентал Корректор С, Лисин Заказ 3934 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101