автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.05, диссертация на тему:Алгоритмы анализа волновых процессов в длинной линии с активными нелинейными двухполюсниками

На правах рукописи

'СЪ

Волощенко Юрий Петрович

АЛГОРИТМЫ АНАЛИЗА ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ДЛИННОЙ ЛИНИИ С АКТИВНЫМИ НЕЛИНЕЙНЫМИ ДВУХПОЛЮСНИКАМИ

05.09.05 - "Теоретическая электротехника"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 8 ИЮН 2009

Новочеркасск 2009 г.

003472824

Работа выполнена на кафедре электротехники и мехатроники Технологического института федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г.Таганроге.

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Негоденко О.Н.

Официальные оппоненты

доктор технических наук, доцент Некрасов С.А.

кандидат технических наук, доцент Гаврилов А.М.

Ведущая организация

ОАО «Научно-производственное предприятие космического приборостроения «Квант»», г. Ростов-на-Дону

Защита состоится 30 июня 2009 г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.304.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» в 309 ауд. главного корпуса по адресу: 346428, г. Новочеркасск Ростовской области, ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)», с авторефератом - на сайте www.npi-tu.ru.

Автореферат разослан » мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Колпахчьян П.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Прогресс в области создания современных мощных высокочастотных интегральных схем (ИС) и других устройств электронной техники связан с усовершенствованием методов и алгоритмов анализа электрических цепей с распределенными параметрами, содержащими активные и пассивные нелинейные элементы (НЭ). Дело в том, что такие микроэлектронные устройства состоят из множества полупроводниковых приборов (ГШ), соединенных проводниками, размеры которых соизмеримы с длиной волны колебаний электромагнитного (ЭМ) поля. При проектировании открытой конструкции ИС необходимо учитывать время переноса энергии ЭМ поля и непрерывное изменение потенциала и заряда в результате воздействия друг на друга источников и приемников электрической цепи. Поэтому запаздывание колебаний в одних точках пространства по отношению к другим составляет существенную долю характерного временного интервала, в качестве которого выбирают период гармонических колебаний, соответствующий определяющей части спектра. Перечисленные явления усложняют настройку как фрагментов, так и всей ИС по уровню колебательной и рассеиваемой мощности.

Возможные механизмы взаимодействия электронных элементов в электрической цепи многочисленны. Прежде всего, это гальваническая и электромагнитная (ЭМ) связь, осуществляемая токами проводимости и смещения, взаимное проникновение волновых функций от одного прибора к другому и т.д. Композиция волн в проводниках и диэлектрике, явление нелинейной электрической проводимости в полупроводнике, амплитудно-зависимая реакция ПП затрудняют проектирование ИС.

Существующие на сегодня алгоритмы рассмотрения подобных конструкций обладают рядом существенных недостатков. Одни предназначены для моделирования процессов в ИС только с одним НЭ, другие предполагают применение принципа суперпозиции в нелинейной цепи. Кроме того, известные методики пренебрегают взаимозависимостью параметров активных двухполюсников и предлагают только громоздкие численные методы решения дифференциальных уравнений при анализе электронных устройств в волновом масштабе. Поэтому при традиционном подходе возникает очередная проблема, связанная с аппроксимацией полученных результатов и определением элементного базиса синтеза ИС. Эти алгоритмы не могут быть применены для решения задач, поставленных в данной работе, поскольку не позволяют рассмотреть вопрос о совместной работе нескольких активных нелинейных двухполюсных приборов, размещенных на расстоянии не кратном половине длины волны колебаний в линии передачи.

Поскольку доминирующую роль в ИС играют гальванические и ЭМ связи между соседними элементами, необходимо в первую очередь

исследовать поведение двух взаимодействующих друг с другом ГШ, интегрированных в неоднородном электрическом поле. Схемотехническое проектирование такого варианта конструкции, направленное на совместную оптимизацию параметров ПП и межсоединения, позволит без лишних цепей связи повысить плотностью компоновки и КПД устройств. Поэтому математическое моделирование волновых процессов и исследование взаимодействия активных нелинейных двухполюсников, связанных длинной линией, имеет большое практическое значение.

В диссертационной работе методами теории электрических цепей на основе законов Кирхгофа моделируются процессы в длинной линии, нагруженной двумя нелинейными пассивным и активным двухполюсниками на ее входе и выходе. Они образованы параллельным соединением по постоянному току резистивного линейного элемента нагрузки и негатрона с амплитудно-зависимыми параметрами. Поскольку проводимости элементов зависят от амплитуды напряжения в том сечении линии, где они включены, то существует взаимная зависимость параметров двухполюсников друг от друга. Рассмотрение совместной работы двух активных НЭ в длинной линии позволит создавать микроэлектронные устройства, в которых все элементы цепи интегрированы с учетом токов проводимости и ЭМ связей, возникающих между ними в ИС.

Целью работы является теоретическое и экспериментальное исследование волновых процессов в длинной линии с активными нелинейными двухполюсниками, разработка алгоритмов анализа и конструктивного синтеза нелинейной электрической цепи с распределенными параметрами.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

-математическое моделирование нелинейной цепи, учитывающее совместное воздействие и взаимное влияние двух сосредоточенных активного и пассивного элементов;

- получение аналитических выражений входных и передаточных функций электронных участков, необходимых для схемотехнического и конструктивного синтеза при макетировании активных элементов нелинейной цепи;

- анализ регенеративного и автоколебательного режимов, устойчивости электрического равновесия длинной линии с нелинейными двухполюсниками на основе ее одно- и двухнегатронных моделей;

- расчет амплитудных, частотных и резонансных импедансных характеристик электронных ветвей и параметров колебательных контуров с негатронами в стационарном режиме нелинейной электрической цепи;

- экспериментальное моделирование вынужденных колебаний и автоколебаний в нелинейной электрической цепи, выполненной в виде гибридной ИС (ГИС) на одном и двух диодах с отрицательным сопротивлением.

Научная новизна работы. Новые научные результаты, полученные в работе, состоят в следующем:

- создана методология анализа нелинейных волновых и колебательных процессов в длинной линии с активными двухполюсниками в волновом масштабе;

- найдены в аналитическом виде импедансные условия устойчивости, синхронизма и фазировки колебаний потенциала и обобщенного тока в длинной линии, соединяющей негатроны;

- рассчитан диапазон трансформации амплитуды напряжения и входной проводимости разветвленной электрической цепи с распределенными параметрами на основе ее одно и двухнегатронной модели;

- получены условия применения четвертьволновой моды колебаний в нелинейной электрической и электронной цепи с учетом коллективного воздействия и параметров соседних негатронов;

- определена в общем виде связь амплитудно-зависимых параметров схем замещения длинной линии, нагруженной двумя пассивными и активными двухполюсниками, с характеристиками реальных конструкций ГИС;

- предложены новые алгоритмы теоретического и экспериментального исследования регенеративного и автоколебательного режимов многомодовых электрических цепей, содержащих ПП с отрицательным сопротивлением.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- предложены новые алгоритмы и ряд теоретических положений, которые необходимы для анализа энергетических процессов и конструктивного синтеза электрической цепи активных ГИС, содержащей негатронные элементы;

- осуществлен синтез конструкций макетов, позволяющих моделировать нелинейные волновые и колебательные процессы в электрической цепи с распределенными параметрами,

- показана возможность увеличения выходной мощности и плотности компоновки ПП в ГИС, созданных на основе аналитической модели, предложенной в работе,

- реализованы макеты, предназначенные для усиления и генерации ЭМ поля микроволнового диапазона, в том числе и защищенные патентом на изобретение.

Методы исследований. Использован метод квазигармонической линеаризации характеристик ПП. Применен импедансный подход, методы двух узлов и комплексных амплитуд, эквивалентных схем и синусоид, теории линейных и нелинейных электрических и электронных цепей с распределенными параметрами для анализа свойств длинной линии, содержащей активные двухполюсники. Расчеты микроволновых макетов ГИС основаны на результатах электродинамического моделирования резонансных и фильтрующих цепей, заземляющих и излучающих элементов,

питающих постоянным током и теплоотводящих узлов, выполненных из отрезков составных полосковых линий. Тестирование результатов теории, моделей и расчетов базируется на экспериментальном исследовании энергетических процессов в генераторах и усилителях на лавинно-пролетных диодах (ЛПД).

Апробация работы. Основные результаты работы представлялись на LIII и XLIII научно-технической конференции профессорского преподавательского состава, аспирантов и сотрудников ТТИ ЮФУ (Таганрог, 2008, 2003г.г.), международной научно-технической конференции по динамике технологических систем (Ростов-на-Дону, 2007г.), международной научно-технической конференции «Излучений и рассеяние ЭМВ» ИРЭМВ (Таганрог, 2005,2003г.г.), первой ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр южного научного центра РАН (Ростов-на-Дону, 2005г.), восьмой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2002 г.), 9-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика 2002» (Москва, 2002 г.), Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и студентов, посвященной 107-й годовщине Дня радио (Красноярск, 2002 г.), Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Компьютерные технологии в инженерной и управленческой деятельности «КомТех-2001»» (Таганрог, 2001 г.), шестой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлеироника, электротехники и энергетика» (Москва, 2000г.).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Алгоритмы исследования в волновом масштабе методами теории нелинейных электрических цепей с помощью схем замещения длинной линии, содержащей активные двухполюсники, связанных с реальными ГИС.

2. Методология анализа коллективного воздействия и импедансные условия применения четвертьволновой моды колебаний в электрической и электронной цепи с учетом параметров соседних негатронов.

3. Результаты схемотехнического анализа негатронной модели электрической цепи с распределенными параметрами, расчета и конструктивного синтеза ее элементов.

4. Методика конструктивного синтеза полосковых усилителей и генераторов с активными двухполюсными ПП, учитывающая взаимное влияние электронных и волновых участков нелинейной электрической цепи.

5. Результаты теоретического и экспериментального моделирования энергетических процессов и тестирования одно и двухдиодных ГИС.

Личный вклад автора. В работе изложены результаты, которые были получены автором самостоятельно и в соавторстве; при этом автор синтезировал большинство схем замещения и конструкций ГИС, провел компьютерное моделирование механизма волновых процессов и измерение

нелинейных характеристик экспериментальных макетов, предложил методику изучения и тестирования амплитудных, частотных и фазовых свойств электрической и электронной цепи, осуществил обработку и анализ теоретических и экспериментальных исследований.

Публикации. По материалам диссертации опубликована 31 печатная работа, в том числе 7 статей и 24 тезиса докладов. Получен патент РФ «Генератор СВЧ».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка цитируемой литературы из 140 наименований, четырех приложений. Общий объем диссертации 194 страницы, включая 61 рисунок, 158 формул.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первый раздел посвящен вопросам проектирования и моделирования межсоединений монолитных и гибридных ИС, указаны области применения устройств на их основе. Приведены типовые примеры конфигурации планарной и объемной топологии электрических цепей с электронными участками, описаны особенности математических моделей процессов функционирования ИС, ее эквивалентные схемы в разных диапазонах частот колебаний.

Показано, что дальнейшее улучшение характеристик ИС возможно только при условии, что соединения между электронными приборами спроектированы с учетом всех проблем, возникающих при передаче колебательной энергии по длинным линиям. Из обзора следует, что большинство вопросов, затронутых в диссертации, ранее практически не рассматривались. На основании полученных данных ставятся задачи диссертации.

Во втором разделе разработана аналитическая математическая модель процессов и явлений в нелинейной электрической цепи с распределенными параметрами, содержащей один или два негатронных двухполюсника и межсоединение, на основе законов Кирхгофа.

На основе известных результатов моделирования ГИС и длинных линий с активными элементами, составлена конструктивно- технологическая (КТ) модель и схема замещения электрической цепи с двумя негатронами, включенными в линию передачи (рис. 1); нелинейности активных элементов аппроксимируются в одночастотном приближении на основе метода квазигармонической линеаризации. Здесь Y„=Yen+Y„„ - суммарные проводимости двухполюсных элементов в сечениях 1-1, 2-2 (п=1,2) схемы, Yra=Gen+jBen - комплексные нелинейные проводимости первого и второго двухполюсников, зависящие от амплитуды А„ напряжения, YHn=GHI1+jBHn -комплексные линейные проводимости внешних частотно-зависимых

1 А2

А, 2

Ч ri,Y0i 4 4

1 ~ "О ■ 'п , Iv^ 2

Рис. 1

нагрузок, Ei - амплитуда напряжения источника, А1Д1- амплитуды переменного напряжения и тока на входе линии, А2, -амплитуда напряжения на втором двухполюснике, li2 - длина отрезка однородной линии передачи, заключенного между негатронами, Y0i,Yi - волновая проводимость и постоянная

распространения волны в i-том отрезке эквивалентной линии передачи. Такая эквивалентная схема цепи учитывает количество электронных ветвей, наличие волноведущего участка - линии связи, позволяет исследовать ее диссипативный и активный режимы.

Нормированная амплитудно-зависимая входная проводимость отрезка линии передачи в сечении 1-1, на противоположных концах которого расположены НЭ, характеризуется формулой:

У,, Yo i + y2(A2)thyi

где y=a+jp постоянная распространения волны, a-постоянная затухания, Р -фазовая постоянная, 1 - длина линии, Аь А2 - амплитуды на концах линии передачи, yi(A1)=Yi(AI)/Y0, У2(А2)=У2(А2)/У0 - проводимости двухполюсников на концах линии передачи, Y0 - волновая проводимость линии. Выделяя в этом соотношении действительную и мнимую части, получаем выражения для активной и реактивной составляющих входной проводимости: gn=gi(A,)+

_(S 2 (А г )(1+th2 al)+[у ^ (А 2)+l]thal} (1+tg2 pi)_

{[thai+g2 (A2)]2 +Ъ\ (A2)}tg2pl-2b2 (A2 )tgpl(l -th2al)+[l+g2 (A2 )thal]2 +b2 (A, )th2al

b„=b,(A,)+

_{b2(A2)(l-tg2pl)+[l-yKA2)]tgpl}(l-th2al)__

{[thai+g2 (A2 )]3 + b22(A2 )}tg2pl-2b2 (A2 )tgpl(l - th2al)+[l+g2 (A2 )thal]2+b2 (A2 )th2al

При этом амплитуда A2 связана с амплитудой А, с помощью соотношения

д2 _да ij , [g2(A2) + thal]2+b2(A2) [b2(A2) + tgPl]2 +g2(A2)]

2{ 1 -th2al l + tg2pl

Полученная на основе математической модели комплексная схема замещения с сосредоточенными параметрами справедлива только для того сечения длинной линии, в котором осуществлялось преобразование. Однако, в дальнейшем, она позволяет применить условие Пирса и метод добавочных

колебаний для исследования устойчивости электрического равновесия в нелинейной цепи с распределенными параметрами.

На рис.2.а приведено распределение амплитуды, а на рис.2, б - фазы напряжения вдоль линии при малосигнальной проводимости двухполюсника ^02=1,8 и изменении амплитуды входного сигнала у = (с^/ёА*^ от 0 до 1.

На рис.2.в-г показаны зависимости действительной ge(A12,8) и мнимой Ье(А12,8) составляющих входной проводимости двух ветвей схемы цепи при проводимости нагрузки gH2=2 и изменении параметров 9, у для значения малосигнальной проводимости двухполюсника §ео2=Ь8 и реактивной проводимости первого двухполюсника Ь 1=0,019.

Из условия Ьц=0 находим основные собственные резонансные частоты Ю1 и со2 цепи

, 1-8,'-ь; -2Ь,Ь, ±у(1-е; + ь -48'(ь' -ь;) «с.,.,,..-«,------21ь1к:+ь;)-м--

При величинах Ь1=Ь2=0 и 6(т,)=л:=Х1/2 существует полуволновой режим колебаний в линии; а при 8(со2)=7г/2=Х.2/4 - четвертьволновой режим колебаний.

При импедансном подходе рассмотрения процессов, устойчивость стационарных автоколебаний в нелинейной многомодовой электрической цепи оцениваем:

а) воспользовавшись условием Пирса:

£ео2=1-8

Рис. 2

¿0,

ал,

dco

4-

"ф.+о.,)'

dco

>0,

где Ое и Ве - суммарная проводимость первого и второго негатрона в сечении 1-1;

б) методом добавочных колебаний, из которого следует: стационарные колебания, например, на частоте ©1 неустойчивы и возбуждаются колебания частоты <о2, если выполняются соотношения:

^^<0,|Се0К)>0„(со2), С.х(СО2)<Ок(СО1)-0,5А1|с1С^Ю')

Из полученных теоретических результатов следует,

с1А,

что появление

отраженной волны, усиленной одним из негатронов, распространяющейся вдоль соединительной линии, моделируется вторичным зависимым источником колебательной энергии в цепи. Наличие двух встречных потоков активной энергии в отрезке длинной линии, переносимой падающими и отраженными волнами, приводит к изменению ее электрических свойств. Следовательно, в электронных участках цепи нельзя произвольно задавать импедансные условия. Кроме того, в данной главе найдены аналитические выражения амплитудной зависимости коэффициента передачи по напряжению нелинейной цепи с распределенными параметрами; установлены в явном замкнутом виде функции комплексной частотной характеристики (КЧХ) ветвей с негатронами, исследованы амплитудные и частотные производные суммарной нелинейной входной проводимости линии с одним и двумя активными элементами при вынужденных и собственных колебаниях; сопоставлены амплитудные, частотные и фазовые характеристики одно и двухнегатронных моделей цепи; теоретически обоснована возможность использования четвертьволнового колебательного режима (на частоте о>2) в отрезке длинной линии, нагруженной ПП с отрицательным сопротивлением.

В третьем разделе рассмотрено электрическое состояние нелинейной цепи в случае композиции волн в линии связи при изменении уровня воздействия на НЭ. Получены амплитудные и фазовые зависимости комплексных амплитуд напряжений в линии передачи с нагрузкой §„2, шунтированной негатроном в диссипативном, усилительном и

автоколебательном режимах. При возбуждении колебаний в схеме от независимого источника ЭДС с амплитудой А!, расположенного в сечении 11 линии связи (рис 1), считаем, что выполняются условия £2(А2)>0, §е2(А2)<0, а параметры §„2, Ъ2 не зависят от амплитуды А2. Падающая волна распространяется к зажимам 2-2 линии. Учитывая аппроксимацию нелинейной зависимости отрицательной активной проводимости 802(^2) = ём 0 двухполюсника, получаем функцию А^^Аг2) в

неявной форме:

%)=(ЕеО225!п2е)х3+[2(ён2-&о2)&о251п20]х2+[(вн2-&о2)25т2е+(со50-Ь28{п9)2]х-у=О, где х=уА22, у=уА]2, - малосигнальная проводимость НЭ. Это уравнение позволяет исследовать входной амплитудный годограф, АЧХ и ФЧХ схемы участка цепи в режиме «на проход». На рис.3 показаны зависимости активной и реактивной входной проводимости и коэффициента усиления К негатронной цепи от параметра 6 линии.

В автоколебательном режиме при 0=АУ4 уравнение электрического равновесия цепи с двумя активными двухполюсниками имеет вид:

^У) = \&л " + 8со,у]' У - Сё^У + с --Б,,, + ёс<

^ё^ог 8*1

= а4у4 +а,у3 +а2у2 + а,у + а0 =0, где а4=§501; а3=3(&11-^1) ; а2=3§е01(ян1-^1)2; аг^нг&тУ-с&ш;

1 + Ь2

•-е.. +ёе

,с =

8 г 02 £»;

Ве02

(1+ь1).

Ч8С02 8Н2

Данные выражения, совместно с условием Пирса, позволяют исследовать устойчивость стационарных автоколебаний в двухнегатронной цепи.

На графике рис. 4 показаны (отмечены цифрами) области значений проводимостей §„г&оь §е02"ён2 двухполюсников, необходимые для устойчивой генерации колебаний. При выборе значений проводимости &01, §е02-ёк2 двухполюсников:

1) в областях №2 и №3 осуществляется «мягкое» самовозбуждение колебаний в схеме на частоте ©2;

2) в области № 4 происходит «жесткое» возбуждение колебаний частоты к^;

3) в области № 1 выполняется условие устойчивости для частоты со^

Генерируемую мощность Рн, максимальную выходную мощность одно Рщ.1 и двухдиодной Рнм цепи, оптимальную проводимость нагрузки §н1опт в области 2 (рис.4) вычисляем по формулам:

&1-&01'

К

Овх, См В.„ См

к

V \ \ V / / \

ч "ч / \ \ / /

V /-'в] X \ \ . / у ✓ ✓

Рис.3

Рис.4

Л^'У; у = ...}..

2у, ' е.„,

■ Р =

' 1 им!

^оёсо

8у,

Р.. =

8с02 )

+ ёс

8у,

>8в

8с01 "

ёс02 у

На рис.5 представлены графики зависимостей мощности Р„ при изменении проводимости нагрузки Ои1 (рис.4) и параметрах У;>0 (и у§<0) нелинейности двухполюсников одного знака. На рис.6 показаны зависимости выходной мощности Р„ двухнегатронной схемы в автоколебательном режиме при изменении проводимости нагрузки 0„1 в областях 3, 5 (рис.4).

Исследования, проведенные в данном разделе, позволяют сделать вывод, что, для увеличения степени интеграции элементов при сохранении работоспособности ГИС, электрическую цепь следует формировать из активных ПП двух типов, размещенных как в максимумах, так и минимумах стоячей волны напряжения в линии. При этом волновая проводимость соединения должна быть больше или меньше квадрата модуля проводимости нагрузки при любых амплитудах напряжения на двухполюсниках.

В четвертом разделе проведен конструктивный синтез нескольких вариантов элементов ГИС, позволяющих реализовать эффект фильтрации гармоник тока в электронной цепи с помощью составной полосковой линии. Они необходимы при экспериментальном исследовании процессов в нелинейной электрической цепи с распределенными параметрами и тестировании суммирования колебательной мощности в ГИС.

Конструкция с бескорпусным ЛПД и микрополосковым резонатором, приведена на рис. 7а. Основу таких макетов составляют отрезки открытых и экранированных с одной или нескольких сторон проводников в виде тонких слоев металла, нанесенных на диэлектрик и полупроводник. Минимальная

Р„, Вт

Р„, Вт

0.01

толщина подложки определяется длиной области взаимодействия ПП и слоев, обеспечивающих омические свойства контактов. Контактные соединения активных и пассивных элементов цепи выполнены в объеме и (или) на поверхности полупроводника. Исходными данными для конструктивного синтеза являются используемая меза-технология производства ЛПД и геометрические размеры элементов цепи. Другой вариант полосковых соединений в диодной конструкции, приведен на рис.7б, где: 1 - корпусной ЛПД; 2 - ленточный проводник; 3 - основание конструкции (теплоотвод), 4 -цепь питания. Минимальная длина верхнего горизонтального участка воздушно - полосковой линии 1\ определяется диаметром «шляпки» ЛПД. Поэтому ленточный проводник шириной с1 имеет форму прямоугольника, он состоит из трех, расположенных перпендикулярно друг другу, отрезков линии. Нижний конец центрального микрополоскового проводника 2 резонатора разомкнут, а верхний подключен к верхней крышке диода 1. ЛПД закреплен теплоотводящим электродом в основании 3. Расстояние Ь между верхним горизонтальным участком воздушно - полосковой линии, длина вертикального участка (стойки) полоскового проводника 2, соединяющего верхнюю и нижнюю его части и перпендикулярного им, равны высоте корпуса диода. Отрезок линии расположен параллельно заземленному основанию и изолирован от него диэлектрической прокладкой толщиной

Для приведенных конструкций составлена схема замещения, что позволило исследовать свойства предложенных ГИС различных конфигураций; проанализировать влияние внешней формы и геометрических размеров этих конструкций на электрические характеристики диодных устройств. Найдены теоретические условия реализации максимального коэффициента фильтрации гармоник тока НЭ участками цепи. Установлено, что в микроволновых макетах необходимо рационально применять свойства составных межсоединений разного типа. При соответствующем проектировании они позволяют оптимизировать характеристики цепи. Совместно «короткие» (в волновом масштабе) контактные проводники, соединяющие ПП, образуют «длинные» межсоединения и формируют всю электрическую цепь ГИС.

В пятом разделе описаны результаты экспериментального исследования процессов в микроволновых ГИС, сопоставления и проверки математической модели процессов и явлений в нелинейной электрической

цепи, содержащей один или два негатронных двухполюсника и межсоединение. Сконструированы макеты усилительных ГИС проходного и отражающего типа на базе ЛПД трехсантиметрового диапазона длин волн. Внешний вид макетов №1, №2 и №3 (с внешним источником) открытой конструкции усилительной ГИС с полосковым резонатором, представлен на рис. 8.а,б,в где: 1 - корпусной ЛПД; 2 - отрезок полосковой линии длиной 1; 3 - основание конструкции; 4 - пленочный конденсатор; 5 - конденсатор связи; 6 - полосковая линия связи с нагрузкой.

г .

а)

в)

На рис.9 показаны: 1

экспериментальная

б)

Рис. 8. - теоретическая, 2 амплитудно- частотные характеристики усилительной диодной ГИС в отражательном режиме. АЧХ негатронного усилителя измерялись при входной мощности 0,1 мВт сигнала.

Экспериментальные амплитудно-частотные (а) и амплитудные (б) зависимости усилительной ГИС на ЛПД 2А706 представлены на рис.10. Графики 1,3 характеризуют работу схемы в режиме «на отражение», кривые 2,4-в режиме «на проход». Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) усилительной ГИС, функционирующей в режиме «на отражение» (кривая 1), даны при уровне мощности 5 мВт сигнала, а для проходной схемы (кривая 2) -при входной мощности 1 мВт.

Из графиков видно, что величина коэффициента усиления негатронной цепи отражающего типа (кривая 3) в большой мере зависит от интенсивности входных сигналов, для схемы проходного типа эта зависимость менее выражена. Таким образом, отражающая схема по своим характеристикам ближе к усилителям напряжения, а схема проходного типа - к усилителям мощности.

Для рассматриваемых режимов работы наибольший коэффициент усиления в режиме «на отражение» составил Кт=12дБ, ширина полосы усиления по уровню 0,5Кт равна с1Рп=400МГц, площадь усиления - рис д

К, дБ

10

л

1 /1

11 1 12

' || 1 у

/ /

С ГГц

10

5

Рис. 10

П-Л/Кр с1Рп=1,6ГГц; в режиме «на проход» соответствующие параметры

составили: Кт=6дБ, <1Рп=600МГц, 11=1,2ГГц.

На рис.11.а,б показан общий вид двух вариантов конструкции ГИС на корпусных ЛПД (макеты №№4-5), функционирующих в диапазоне частот 8,5 - 11 ГГц, т.е. в области существования отрицательной дифференциальной проводимости ЛПД 2А706, ЭА730. Макет №4 двухдиодной схемы состоит из ЛПД (1,2), включенных в схему при помощи полоскового межсоединения (3,4), выполненного на ступенчато-нерегулярных разомкнутых линиях передачи. Геометрические размеры несимметричных воздушно-полоскового и микрополоскового участков ленточного центрального проводника с разным волновым сопротивлением выбирались из условия равенства их электрических длин на заданной частоте рабочего диапазона с учетом емкости диодов и боковой емкости вертикальной стойки при помощи аналитических соотношений раздела 4. Каждый диод непосредственно подключен к линии (3,4). ПП соединен отрезком воздушно-полосковой линии 5 длиной 1, с другим ЛПД без дополнительных сосредоточенных реактивных элементов, регулирующих связь между ними. К нижнему концу вертикальной стойки присоединены вводы фильтров нижних частот 6 схемы питания ЛПД, а развязка цепей постоянного тока обоих диодов обеспечивается конструктивным плоским конденсатором большой емкости 7. Настройка необходимого режима работы, фильтрация гармоник тока НЭ и оптимизация уровня мощности устройства осуществляется выбором волновой

Рис. 11

дБ _

р-6 \

/ ! X,

1/Г0

проводимости отрезка линии 5, включенной между ЛПД 1,2, параметров ПП, а также величиной емкости конденсатора связи, установленного последовательно в линии нагрузки.

В макете №5 отсутствует отрезок 5 линии передачи между диодами, а вывод энергии в общую нагрузку осуществляется от каждого диода в отдельности, т.е. без гальванической связи между ними.

На рис.12 приведены зависимости выходной мощности и частоты колебаний макетов №4 и №5 при изменении тока питания второго диода (для макета №4 - мощность: теор. - 1, эксп. - 2; частота: теор. - 5, эксп. - 6; для макета №5 - мощность: теор. - 3, эксп. - 4; частота: эксп. - 7).

На рис.13 приведены зависимости выходной мощности и частоты колебаний макета №4 при изменении расстояния между диодами (мощность: эксп. — 1; частота: теор. - 5, эксп. - 3); и зависимости выходной мощности и частоты макета №4 для случая настройки в резонанс на рабочую частоту четвертьволнового режима (м2) и оптимизации цепи нагрузки в диапазоне перестройки (мощность: эксп. -2; частота: теор. -6, эксп. -4).

Видно, что при совместном включении диодов возникает генерация, а частота колебаний зависит от длины линии передачи, включенной между ПП, и величины проводимости трансформированной нагрузки. В макете №4

реализуется «мягкий» режим возбуждения колебаний (рис. 12 -кривая 2). При длине межсоединения 1=А./4 наибольшая мощность в нагрузке составляет 110% от суммарной мощности двух диодов. С другой стороны, рассматривая двухполюсник в сечении 1-1 (рис. 1) как усилитель, можно установить, что при длине межсоединения диодов 1=ЛУ4 коэффициент регенерации меньше. Он ограничивается необходимостью выполнения условий устойчивости стационарных колебаний на второй частоте ш2 колебательного контура с распределенными параметрами.

Проведенное исследование четвертьволнового режима работы двухнегатронной модели нелинейной цепи делает возможной оптимизацию параметров соединений и конструкции микроволновой ГИС по степени интеграции и максимуму ее выходной мощности.

Предложенные макеты позволяют создать диодные схемы с гальваническими цепями связи и без них с расширенной полосой и диапазоном рабочих частот и увеличенным коэффициентом усиления. Они эффективно совместно работают в регенеративном режиме без развязывающих внешних невзаимных ферритовых устройств. Такой конструктивный синтез элементов электрической цепи ГИС позволяет улучшить ее массо-габаритные и энергетические параметры.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертации.

Основные результаты работы.

1. В работе проведено теоретическое и экспериментальное исследование нелинейных свойств длинной линии, содержащей активные двухполюсники, в волновом масштабе. В результате предложены одно и двухнегатронная модели, новые алгоритмы анализа и синтеза электрической цепи фрагментов конструкции ИС, функционирующих в диссипативном, регенеративном и автоколебательном режиме. Разработанная методология моделирования энергетических процессов позволяет при проектировании ИС учитывать композицию волн вдоль межсоединений, а также проводить оптимизацию колебательных характеристик негатронных элементов цепи с целью увеличения выходной мощности и плотности компоновки ПП.

2. Рассмотрен режим вынужденных колебаний отрезка длинной линии с НЭ. Установлено, что нелинейная электрическая цепь с распределенными параметрами работает как фазовращатель и трансформатор напряжения и тока при регулировке интенсивности воздействия. Она позволяет получить другой вид амплитудно-фазовой зависимости между переменными током и напряжением в разных сечениях линии по сравнению с исходной нелинейностью негатрона. В этом случае, меняются импедансные условия в ПП, расположенных на конструктивных границах фрагмента ИС, и электрическое состояние нелинейной цепи, положение узлов и пучностей напряжения и тока вдоль соединения. Сочетание сосредоточенных нелинейных негатронных двухполюсников на входе и выходе линии передачи

позволяет схемотехнически синтезировать новый (суммарный) активный или пассивный двух или четырехполюсный элемент цепи с оригинальными амплитудными и частотными характеристиками

3. Исследовано коррелированное поведение двух взаимодействующих друг с другом ПП, интегрированных в неоднородном электрическом поле длинной линии, при фильтрации гармоник тока НЭ. На основе импедансного подхода и негатронной модели фрагмента ИС предложено в автоколебательном режиме использовать четвертьволновый вид (моду) колебаний в линии связи, что позволит увеличить в два раза степень интеграции ПП.

4. Проведен анализ электрической цепи с распределенными параметрами, содержащей электронные участки, в режиме с внешним возбуждением. Установлена зависимость элементов ее схемы замещения и характеристик фрагментов реальной конструкции. Показано, что одномерную нелинейную электрическую цепь необходимо синтезировать с учетом распределения напряжения в линии, воздействия активных двухполюсников друг на друга и реакции внешней цепи. Установлено, что минимальный размер отрезка длинной линии, нагруженной негатронами, определяется изменением мощности электрического поля за характерный временной интервал при выбранной моде колебаний.

5. Экспериментально проверены основные положения теории и принципы конструктивного синтеза электронных и волновых участков нелинейной цепи с распределенными параметрами. Разработанные макеты усилителей и генераторов на ЛПД трехсантиметрового диапазона длин волн дают возможность исследовать взаимное и коллективное влияние активных и пассивных элементов цепи, размеров линии связи, свойств окружающей среды. Показано, что предложенные эквивалентные схемы многомодовой электрической цепи позволяют создать полосковые устройства без дополнительных гальванических соединений. Разработанные на основе нелинейной теории негатронные электрические цепи обеспечивают повышенный уровень отдаваемой колебательной мощности за счет оптимизации характеристик соединений и нелинейных параметров ПП.

Работы опубликованные по теме диссертации:

1. Волощенко Ю.П. Исследование колебательной характеристики нелинейной волновой системы с негатроном. // Тезисы докладов шестой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехники и энергетика". 1-2 марта 2000 г. -М.: МЭИ,-2000.-С. 184-186.

2. Волощенко Ю.П. Исследование распределения СВЧ напряжения вдоль диссипативной нерегулярной волновой системы с негатроном. // Тезисы докладов V всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Техническая кибернетика радиоэлектроника и системы управления". 12-13 октября 2000 г. -Таганрог: ТРТУ, -2000. -С.219-220.

3. Веревкина JI.C., Волощенко П.Ю., Волощенко Ю.П. Исследование одномерной микроэлектронной волновой структуры. //Вопросы специальной радиоэлектроники. Серия ОВР, -Москва-Таганрог, -2003. вып. 1, -С.105-112.

4. Волощенко П.Ю. Волощенко Ю.П. Моделирование микроэлектронной волноведущей структуры СВЧ//Тезисы докладов Всероссийской НТК "Излучение и рассеяние электромагнитных волн" ИРЭМВ 2005. Таганрог, 2125 июня, 2005, Таганрог: ТРТУ, 2005. С. 88.

5. Волощенко Ю.П., Волощенко П.Ю. Физические принципы конструирования микроэлектронных противорадиолокационных покрытий. // Материалы Всероссийской НТК «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» ИРЭМВ 2001. Таганрог, июнь 18-19,2001,-Таганрог:ТРТУ,-2001.-С. 83.

6. Волощенко Ю.П., Волощенко П.Ю. Исследование передающих свойств соединительных линий в скоростных СБИС. // Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием "Компьютерные технологии в инженерной и управленческой деятельности" "КомТех-2001"12 июня -16 июня 2001 г. -Таганрог: ТРТУ, -2001.

7. Волощенко Ю.П. Исследование амплитудной зависимости входной проводимости нелинейной однонегатронной излучающей системы. // Тезисы докладов V всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Техническая кибернетика радиоэлектроника и системы управления". 12-13 октября 2000 г. -Таганрог: ТРТУ, -2000. -С.219-220.

8. Волощенко Ю.П. Островский Д.А. Романченко Д.В. Хоточкин Д. Е. Исследование характеристик распределённого четырехполюсника с активным СВЧ диодом //Тезисы докладов: Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления. -Таганрог: ТРТУ, -1998. -С. 221-222.

9. Веревкина Л.С., Волощенко П.Ю., Волощенко Ю.П. Аналитическое моделирование неидентичности и неадекватности усилителей СВЧ в многоканальных системах и ее практическое применение. //Вопросы специальной радиоэлектроники. Серия ОВР, -Москва-Таганрог, -2003. вып. 1, -С. 121-126.

10. Волощенко Ю.П. Эталонный отражатель, интегрированный с усилителем на ЛПД. //Вопросы специальной радиоэлектроники. Серия ОВР, -Москва-Таганрог, -2003. вып. 1, С. 176-178.

11. Патент № 2190921 РФ, МКИ НОЗ В 7/14. Генератор сверхвысоких частот /Волощенко П.Ю., Волощенко Ю.П. (RU); Таганрог. Госуд. радиотехн. ун-т (РФ). №99128017; заявлено 31.12.99; зарегистр. 10.10.02.бюл.№28.30с.

12. Волощенко Ю.П. Исследование ГИС усилителя на ЛПД активной антенны СВЧ. // Тезисы докладов московской студенческой НТК «Радиоэлектроника в народном хозяйстве» 26-27 февраля , 1997 г., -М.: МЭИ(ТУ), -1997. -С. 58.

13. Волощенко Ю.П. Волощенко П.Ю. Анализ диодного резонатора активной щелевой антенны. // Известия ТРТУ спец. Выпуск «Материалы XLI научно-технической конференции», -Таганрог: ТРТУ, -1997. -С. 112.

14. Волощенко Ю.П. Радиолокационный калибратор с электрически управляемым

СВЧ модулемУ/Известия ТРТУ.-Таганрог:ТРТУ,2003.-№1(30),-С. 92-93.

15. Волощенко Ю.П. Исследование базового модуля активной фазированной антенной решетки с делителем мощности оптического типа. //Труды международной научно-технической конференции «Излучений и рассеяние ЭМВ» ИРЭМВ-2003, -Таганрог: ТРТУ, -2003. -С. 100.

16. Волощенко Ю.П., Негоденко О.Н. Моделирование интегрированной полупроводниковой структуры. // Известия ТРТУ, -Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2007, № 1(73). С. 124-128.

17. Волощенко П.Ю., Волощенко Ю.П. Моделирование электрического поля фрагмента сверхскоростной ИС. Нелинейный мир, №10-11, т.5, 2007, С.689-696.

Личный вклад диссертанта в работы, опубликованные в соавторстве, состоит в следующем:

1. В [3] автор рассчитал распределения комплексной амплитуды напряжения в нелинейной электрической цепи с распределенными параметрами.

2. В [4] автор провел расчет параметров линии передачи волноведущей структуры в режиме вынужденных колебаний.

3. В [5] автор исследовал характеристики электрической и электронной цепи противорадиолокационного устройства

4. В [6] автор синтезировал схему для исследования передающих свойств соединительных линий ИС.

5. В [8] автор исследовал амплитудно-зависимые характеристики цепи с распределенными параметрами, нагруженной активным двухполюсником.

6. В [9] автор провел исследование неравномерности коэффициента усиления нелинейной цепи с активными двухполюсниками.

7. В [11] автор разработал конструкцию и исследовал режим четвертьволновой моды колебаний в межсоединениях активных приборов генератора.

8. В [13] автор составил алгоритм анализа конструкции колебательного кошура многоструктурного ЛПД.

9. В [16] автор исследовал трансформацию напряжения и импеданса электрической цепи с электронными ветвями полупроводниковой структуры.

10. В [17] автор проанализировал волновые процессы в нелинейной цепи фрагмента ИС. / ,

{фг ^

ЛР№020565 от23 июня 1997г. Подписано к печати 2.1. 0 5". I Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл.п.л. - 1,25. Уч.-изд.л. - 1,2. Заказ №Тираж 100 экз.

«С»

Издательство Технологического института Южного федерального университета

ГСП 17А, Таганрог, 28, Некрасовский, 44 Типография Технологического института Южного федерального университета ГСП 17А, Таганрог, 28, Энгельса, 1

ВВЕДЕНИЕ.

1. МОДЕЛИРОВАНИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЙ СИНТЕЗ ЭЛЕМЕНТОВ И ФРАГМЕНТОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ.

1.1. Теория и модели фрагментов ИС.

1.2. Постановка задач диссертации.

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ДЛИННОЙ ЛИНИИ С АКТИВНЫМИ НЕЛИНЕЙНЫМИ ДВУХПОЛЮСНИКАМИ.

2.1. Конструктивно-технологическая модель электрической цепи фрагментов ИС.

2.2. Математическая модель длинной линии с двухполюсными НЭ.

2.3. Комплексная частотная характеристика ветви нелинейной цепи.

2.4. Исследование однонегатронной модели электрической цепи.

2.5. Коэффициент передачи напряжения линии с негатроном.

2.6. Входная проводимость длинной линии с активным НЭ.

2.7. Исследование составной негатронной двухполюсной модели нелинейной цепи.

2.8. Резонансные параметры двухнегатронной модели цепи.

2.9. Исследование амплитудных резонансных свойств отрезка длинной линии с НЭ.

Выводы.

3. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ В ДЛИННОЙ ЛИНИИ С АКТИВНЫМИ НЕЛИНЕЙНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ.

3.1. Исследование диссипативного и усилительного режимов нелинейной электрической цепи.

3.2. Анализ условий возбуждения автоколебаний в четвертьволновом режиме линии с активными НЭ.

3.3. Анализ уравнений аналитической модели составного негатрона в автоколебательном режиме.

3.4. Диапазонные параметры модели составного негатрона.

3.5. Резонансные параметры составного негатрона эквивалентного генератора.

3.6. Исследование частотной и амплитудной производных резонансной проводимости составного негатрона.

3.7. Мощность и частота автоколебаний генератора на составном негатроне.

Выводы.

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ГИС.

4.1. Конструктивно-технологические модели элементов цепи ГИС.

4.2. Эквивалентная схема линии с реальным НЭ.

4.3. КЧХ составной длинной линии.

4.4. Влияние сосредоточенной емкости цепи связи линии передачи и НЭ.

4.5. Исследование коэффициента фильтрации составной линии.

4.6. Исследование трансформирующих свойств корпуса диода.

Выводы.:.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДЛИННЫХ ЛИНИЙ С АКТИВНЫМИ НЭ.

5.1. Конструктивный синтез активных НЭ и экспериментальное исследование макетов усилителей проходного и отражательного типа.

5.2. Исследование двухдиодных макетов в автоколебательном режиме.

5.3. Исследование межсоединения ЭМ типа и излучающих свойств ГИС . 169 Выводы.

Актуальность темы. Прогресс в области создания современных мощных высокочастотных интегральных схем- (ИС) и других устройств электронной техники связан с совершенствованием методов и алгоритмов анализа электрических цепей с распределенными параметрами, содержащими активные и пассивные нелинейные элементы (НЭ). Дело в том, что такие микроэлектронные устройства состоят из множества полупроводниковых приборов (1111), соединенных проводниками, размеры которых соизмеримы с длиной волны колебаний электромагнитного (ЭМ) поля. При проектировании открытой конструкции ИС необходимо учитывать время переноса энергии ЭМ поля и непрерывное изменение потенциала и заряда в результате воздействия друг на друга источников и приемников электрической цепи. Поэтому запаздывание колебаний в одних точках пространства по отношению к другим составляет существенную долю характерного временного интервала, в качестве которого выбирают период гармонических колебаний, соответствующий определяющей части спектра. Перечисленные явления усложняют настройку как фрагментов, так и всей ИС по уровню колебательной и рассеиваемой мощности.

Возможные механизмы взаимодействия электронных элементов в электрической цепи многочисленны. Прежде всего, это гальваническая и электромагнитная (ЭМ) связь, осуществляемая токами проводимости и смещения, взаимное проникновение волновых функций от одного прибора к другому и т.д. Композиция волн в проводниках и диэлектрике, явление нелинейной электрической проводимости в полупроводнике, амплитудно-зависимая реакция 1111 затрудняют проектирование ИС.

Существующие на сегодня алгоритмы рассмотрения подобных конструкций обладают рядом существенных недостатков. Одни предназначены для моделирования процессов в ИС только с одним НЭ, другие предполагают применение принципа суперпозиции в нелинейной цепи. Кроме того, известные методики пренебрегают взаимозависимостью параметров активных двухполюсников и предлагают только громоздкие численные методы решения дифференциальных уравнений при анализе электронных устройств в волновом масштабе. Поэтому при традиционном подходе возникает очередная проблема, связанная с аппроксимацией полученных численных результатов и определением элементного базиса синтеза ИС. Эти алгоритмы не могут быть применены дляг решения задач, поставленных в данной работе, поскольку не позволяют рассмотреть вопрос о совместной работе нескольких активных нелинейных двухполюсных приборов, размещенных друг от друга на расстоянии не кратном половине длины волны колебаний в линии передачи.

Поскольку доминирующую роль в ИС играют гальванические и ЭМ связи между соседними элементами, необходимо в первую очередь исследовать поведение двух взаимодействующих друг с другом ПП, интегрированных в неоднородном, электрическом поле. Схемотехническое г проектирование такого варианта конструкции, направленное на совместную оптимизацию параметров ПП и' межсоединения, позволит без лишних цепей связи повысить плотностью компоновки и КПД устройств. Поэтому математическое моделирование волновых процессов и исследование взаимодействия активных нелинейных двухполюсников, связанных длинной линией, имеет большое практическое значение.

В диссертационной работе методами теории электрических цепей на основе законов Кирхгофа моделируются процессы в длинной линии, нагруженной двумя нелинейными пассивным и активным двухполюсниками на ее входе и выходе. Они образованы параллельным соединением по постоянному току резистивного линейного элемента нагрузки и негатрона с амплитудно-зависимыми параметрами. Поскольку проводимости элементов зависят от амплитуды напряжения в том сечении линии, где они включены, то существует взаимная зависимость параметров двухполюсников. Рассмотрение совместной работы двух активных НЭ в длинной линии позволит создавать микроэлектронные устройства, в которых все элементы электрической цепи интегрированы с учетом токов проводимости и ЭМ связей, возникающих между ними в ИС.

Целью работы является теоретическое и экспериментальное исследование волновых процессов в длинной линии с активными нелинейными двухполюсниками, разработка алгоритмов анализа и конструктивного синтеза нелинейной электрической цепи с распределенными параметрами.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: математическое моделирование нелинейной цепи, учитывающее совместное воздействие и взаимное влияние двух сосредоточенных активного и пассивного элементов; получение аналитических выражений входных и передаточных функций электронных участков, необходимых для схемотехнического и конструктивного синтеза при макетировании активных элементов нелинейной цепи; анализ" регенеративного и автоколебательного режимов, устойчивости электрического равновесия длинной линии с нелинейными двухполюсниками на основе ее одно и двухнегатронных моделей; расчет амплитудных, частотных и резонансных импедансных характеристик электронных ветвей и параметров колебательных контуров с негатронами в стационарном режиме нелинейной электрической цепи; экспериментальное моделирование вынужденных колебаний и автоколебаний в нелинейной электрической цепи, выполненной в виде гибридной ИС (ГИС) на одном и двух диодах с отрицательным сопротивлением.

Научная новизна работы. Новые научные результаты, полученные в работе, состоят в следующем: создана методология анализа нелинейных волновых и колебательных процессов в длинной линии с активными двухполюсниками в волновом масштабе; найдены в аналитическом виде импедансные условия устойчивости, синхронизма и фазировки колебаний потенциала и обобщенного тока в длинной линии, соединяющей негатроны; рассчитан диапазон трансформации амплитуды напряжения и входной проводимости разветвленной электрической цепи с распределенными параметрами на основе ее одно и двухнегатронной модели; получены условия применения- четвертьволновой моды колебаний в нелинейной электрической и электронной' цепи с учетом коллективного воздействия' и параметров соседних негатронов; определена в общем виде связь амплитудно-зависимых параметров схем замещения длинной линии, нагруженной двумя пассивными и активными двухполюсниками, с характеристиками реальных конструкций ГИС; предложены новые алгоритмы теоретического и экспериментального исследования регенеративного и автоколебательного режимов многомодовых электрических цепей, содержащих ПП с отрицательным сопротивлением.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- предложены новые алгоритмы и ряд теоретических положений, которые необходимы для анализа энергетических процессов и конструктивного синтеза электрической цепи активных ГИС, содержащей негатронные^элементы;

- осуществлен синтез конструкций макетов, позволяющих моделировать нелинейные волновые и- колебательные процессы в электрической цепи с распределенными параметрами,

- показана возможность увеличения выходной мощности И' плотности компоновки ПП в ГИС, созданных на основе аналитической модели, предложенной в работе,

- реализованы макеты, предназначенные для усиления и генерации ЭМ поля микроволнового диапазона, в том числе и защищенные патентом на изобретение.

Методы исследований.

Использован метод квазигармонической линеаризации характеристик 1111. Применен импедансный подход, методы двух узлов и комплексных амплитуд, эквивалентных схем и синусоид, теории линейных и нелинейных электрических и электронных цепей с распределенными параметрами для анализа свойств длинной линии, содержащей активные двухполюсники. Расчеты микроволновых макетов ГИС основаны на результатах электродинамического моделирования резонансных и фильтрующих цепей, заземляющих и излучающих элементов, питающих постоянным током и теплоотводящих узлов, выполненных из отрезков составных полосковых линий. Тестирование результатов теории, моделей и расчетов базируется на экспериментальном исследовании энергетических процессов в генераторах и усилителях на лавинно-пролетных диодах (ЛПД).

Апробация работы. Основные результаты работы представлялись на LIII и XLI1I научно-технической конференции профессорского преподавательского состава, аспирантов и сотрудников ТТИ ЮФУ (Таганрог, 2008, 2003 г.г.), международной научно-технической конференции по динамике технологических систем (Ростов-на-Дону, 2007 г.), международной научно-технической конференции «Излучений и рассеяние ЭМВ» ИРЭМВ (Таганрог, 2005, 2003 г.г.), первой ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр южного научного центра РАН (Ростов-на-Дону, 2005 г.), восьмой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2002 г.), 9-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика 2002» (Москва, 2002 г.), Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и студентов, посвященной 107-й годовщине Дня радио (Красноярск, 2002 г.), Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Компьютерные технологии в инженерной и управленческой деятельности «КомТех-2001»» (Таганрог, 2001 г.), шестой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехники и энергетика» (Москва4, 2000 г.).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Алгоритмы, исследования в волновом масштабе методами теории нелинейных электрических цепей с помощью < схем замещения длинной линии, содержащей активные двухполюсники, связанных с реальными ГИС.

2. Методология анализа коллективного воздействия и импедансные условия применения четвертьволновой? моды колебаний'в электрической и-электронной цепи с учетом параметров соседних негатронов.

3-. Результаты схемотехнического- анализа негатронной модели », электрической цепи с распределенными параметрами, расчета - и конструктивного синтеза ее элементов.

4. Методика конструктивного синтеза полосковых усилителей и генераторов с активными двухполюсными 1111, учитывающая взаимное влияние электронных и волновых участков нелинейной электрической цепи.

5: Результаты теоретического и экспериментального моделирования энергетических процессов и тестирования одно и двухдиодных ГИС.

Личный вклад автора. В работе изложены результаты, которые были получены автором самостоятельно и в соавторстве; при этом автор синтезировал большинство схем замещения и конструкций- ГИС, провел компьютерное моделирование механизма волновых процессов ю измерение нелинейных характеристик экспериментальных макетов, предложил методику изучения и тестирования амплитудных, частотных и фазовых свойств электрической и электронной цепи, осуществил обработку, анализ и обобщение теоретических и экспериментальных исследований.

Публикации. По материалам диссертации опубликована 31 печатная работа, в том числе 7 статей и 24 тезиса докладов. Получен патент РФ «Генератор СВЧ».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка цитируемой литературы из 140 наименований, четырех приложений. Общий объем диссертации 194 страницы, включая 61 рисунок, 158 формул.

Выводы

1. Экспериментальное исследование процессов в длинной линии с активными двухполюсными НЭ и проверка теоретических результатов моделирования проводилась на основе полосковых макетов в гибридно -интегральном исполнении. Сконструирован ряд тестовых конструкций, соответствующих КТ моделям второго и четвертого разделов в виде объемных усилительных ГИС проходного и отражающего типа микроволнового диапазона на ЛПД. Предложены измерительные установки для экспериментального моделирования процессов в одномерных линиях передачи с периодическим включением НЭ.

2. Описаны конструкции и приведены результаты экспериментального исследования объемной ГИС, теоретически исследованные в предыдущих разделах. Макеты выполнены на основе несимметричных и симметричных полосковых линий передачи с воздушным и твердотельным заполнением, корпусных одно и многоструктурных ЛПД. Оригинальные конструкции регенеративных усилителей, работают в проходном и отражательном режимах. Измерения проведены в диапазоне частот 8-12 ГГц. Такие регенеративные усилители проходного и отражательного типа совместно реализуют одно и двухнегатронные генераторы, функционирующие при- четвертьволновой моде колебаний в длинной линии с активными НЭ.

3. Измерены АЧХ однодиодных усилителей без длинной линии связи с внешним источником, с межсоединениями гальванического и ЭМ типа. Исследованы частотные зависимости коэффициента отражения мощности макетов с «короткими» и «длинными» ЭМ соединениями. Они могут работать при одномодовом режиме вынужденных колебаний в «коротком» гальваническом (и одновременной фильтрации гармоник) и многомодовом 1 t ' режиме ЭМ соединения в широком диапазоне частот. Исследование характеристик электрической и электронной цепи ГИС в пространстве одновременно позволяет рассмотреть свойства «длинного» ЭМ межсоединение при наличии эффекта «селекции мод» в нем.

4. Проведено, экспериментальное исследование нелинейных процессов' с учетом особенностей современной аппаратуры микроволнового диапазона.

Разработана новая конструкция измерительного волноводно-полоскового перехода. Она устраняет несанкционированное излучение ГИС и дополнительные контактные соединения в' цепи тестирования динамических параметров- активных НЭ. Характеристики электронной цепи рассматривались при разной интенсивности падающей и отраженной волн в межсоединении.

5. Экспериментально исследованы условия самовозбуждения и устойчивости электрического • равновесия в оригинальной конструктивной реализации нелинейной одномерной электрической цепи при изменении тока питания ЛПД разных типов. В этом случае они имеют разную' малосигнальную составную проводимость и коэффициенты нелинейности. Используя- четвертьволновый вид колебаний в соединении НЭ, можно' увеличить степень интеграции ПП в пределах ГИС. В этом случае, при совместной настройке электронных ветвей цепи, фильтрации гармоник и оптимизации нагрузки в ней, выходная мощность эквивалентного двухнегатронного генератора увеличилась на 10% по сравнению с суммой мощностей отдельных однодиодных макетов, работающих в автоколебательном режиме. Проведено сопоставление расчетных и экспериментальных результатов. Несовпадение теории* и эксперимента составило не более 20%.

6. Исследованная элементная база конструктивного синтеза нелинейной электрической и электронной* цепи дает возможность реализовать результаты теоретического анализа процессов-в диодных ГИС с расширенной полосой и диапазоном рабочих частот, увеличенным коэффициентом усиления. Они эффективно работают в регенеративном режиме без развязывающих внешних невзаимных ферритовых устройств. Проведенное математическое и экспериментальное моделирование нелинейной цепи с распределенными параметрами позволяет улучшить массо-габаритные и энергетические параметры мощных ГИС. Необходимо отметить, что именно аналитическое моделирование режима электрического равновесия цепи и последующее теоретическое исследование параметров НЭ, размещенных в длинных линиях, позволяет рассчитать необходимые импедансные нелинейные условия и затем реализовать четвертьволновый режим работы в соединениях ПП и увеличить плотность компоновки ИС различного назначения при одновременном улучшении других характеристик.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе предложена аналитическая модель длинной линии с нелинейными активными двухполюсниками, которая характеризует волновые и колебательные процессы в ИС. Время передачи возмущения в такой электрической цепи соизмеримо или больше длительности воздействия. Нелинейная теория цепи с распределенными параметрами построена с использованием импедансного подхода и метода квазигармонической1 линеаризации характеристик ее электронных участков. Она позволяет исследовать композицию волн напряжений и тока вдоль соединительных линий 1111, анализировать взаимное и коллективное влияния соседних активных двухполюсных элементов друг на друга в ИС. Оценка электрического состояния цепи, в которой одновременно циркулируют постоянный и переменный ток, проводится с помощью одно и двухнегатронные моделей. Эти модели учитывают реальное конструктивно-технологическое исполнение фрагмента ИС в волновом масштабе и амплитудно-зависимые импедансные условия на его границах. С помощью новой теории разработаны алгоритмы и методология теоретических и экспериментальных исследований направленная на оптимизацию параметров электронных элементов многорезонансной электрической цепи с целью увеличения колебательной мощности и плотности компоновки ПП ИС.

Аналитическая математическая модель процессов дает возможность найти в явном виде закон распределения амплитуды напряжения вдоль длинной линии с негатроном и характер амплитудной зависимости ее входной проводимости в символьной форме. В этом случае становиться возможным вычисление амплитуды напряжения на активных НЭ в многомодовой цепи в режиме электрического равновесия. Рассмотрены амплитудные, частотные и резонансные характеристики электронных ветвей и параметры колебательных контуров с негатронами. В зависимости от интенсивности воздействия меняются амплитудные и частотные свойства и сосредоточенная эквивалентная схема цепи. Например, наблюдается «удлинение» и «укорочение» нелинейной электрической цепи, меняются резонансные частоты ветвей и соответствующие им четверть и полуволновая моды колебаний в соединении ПП ИС.

Проведено исследование свойств длинной линии с активными двухполюсниками, функционирующей в- режимах эквивалентных негатронному усилителю и генератору. Сопоставлены амплитудные и частотные характеристики одно и двухнегатронных моделей. Проведен анализ стационарных режимов эквивалентного генератора на основе двухнегатронной модели с контуром в виде отрезка линии передачи без потерь, включенного между активными двухполюсными элементами и резистором «полезной» нагрузки. Получены математические соотношения, позволяющие рассчитать.выходную мощность эквивалентного генератора на собственных частотах отрезка линии передачи с активными НЭ. Они характеризуют ее высокочастотный (если электрическая» длина линии передачи равна тс) и низкочастотный (электрическая длина отрезка линии равна 7с/2) режимы работы, зависящих от длины линии передачи, проводимости двухполюсников и нагрузки. Найдено, что «малосигнальные» проводимости суммарных двухполюсников должны быть соизмеримы с волновой проводимостью соединительной линии и друг другом по модулю. Одновременно параметры нелинейности негатронов должны выбираться с разными знаками. Автоколебания на второй основной собственной частоте (и при низкочастотном резонансе) линии с негатронами существуют, когда одна из этих проводимостей больше, а другая меньше, чем волновая проводимость линии связи. Установлены условия синхронизма и фазировки колебаний потенциала и обобщенного тока, устойчивости режима с внешним возбуждением и самовозбуждения колебательного процесса в линии, что позволяет, в дальнейшее осуществить конструктивный синтез фрагментов

ИС в рамках выбранного элементного базиса.

Рассмотрены несколько вариантов КТ моделей активных элементов гибридных ИС, электрическая цепь которых образована совокупностью отрезков соединительных линий и одним активным НЭ. Исследованы характеристики нелинейной электрической цепи; выполненных на базе корпусных ЛПД с одной и несколькими меза-структурами, соединенных проволочными и полосковыми отрезками линий либо ЭМ связями. Они имеют неэквидистантный спектр собственных резонансных частот. Проведено исследование эффекта фильтрации гармоник тока ПП составным полосковым соединением.- Найдены оптимальные резонансные размеры соединения, состоящего из двух отрезков линии передачи с различным волновым сопротивлением, обеспечивающих широкий частотный диапазон «холостого хода» входной проводимости участка электрической цепи. Проанализированы амплитудные и частотные трансформирующие' свойства параметров меза-структуры и корпуса диода. Рассчитаны амплитуды и фазы напряжений и тока, мощности в разных точках электрической цепи с учетом конфигурацию и электрофизических свойств ее элементов.

Экспериментальное исследование процессов в длинной линии с активными НЭ и проверка теоретических результатов моделирования проведена на основе полосковых макетов, содержащих корпусные одно и многоструктурные ЛПД. Изменение тока питания ЛПД позволило регулировать малосигнальную проводимость и коэффициенты нелинейности негатронов. Поэтому при настройке электронных ветвей цепи, фильтрации гармоник и оптимизации нагрузки в ней, выходная мощность эквивалентного двухнегатронного генератора увеличилась на 10% по сравнению с суммой мощностей отдельных однодиодных макетов, работающих в автоколебательном режиме. Установлено, что можно в два раза увеличить степень интеграции 1111 в ГИС, используя четвертьволновый вид колебаний-в соединении НЭ.

1. Рындин Е.А., Коноплев Б.Г. Субмикронные интегральные схемы: элементная база и проектирование. -Таганрог: ТРТУ. 2001. -147с.

2. Д.Ферри, Л.Эйкерс, Э.Гринч. Электроника ультрабольших интегральных схем. -М.: Мир, 1991, -326 с.

3. Гвоздев В.И., Кузаев Г.А. Полевой подход в проектировании объемных СВЧ модулей. // Зарубежная радиоэлектроника. -1990. -№7. -С.29-35.

4. Яшин А.А. Архитектоника и конструкторский синтезмногофункциональных объемных интегральных модулей СВЧ и КВЧ диапазонов. /Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. -М.: МАИ, -1993. -48с.

5. Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн. -М.: Наука, 1978. -544с.

6. Сазонов Д.Н., Гридин А.Н., Мишустин Б.А. Устройства СВЧ. -М.: Высшая школа, 1981. -296с.

7. Гуляев Ю.В., Сандомирский В.Б., Суханов А.А., Ткач Ю. Я. Физические ограничения минимальных размеров элементов современной микроэлектроники. // Успехи физических наук, ноябрь. -1984. -т.144. вып.З.

8. Нефедов Е.И. Радиоэлектроника наших дней. -М.: Наука, 1986. -192с.

9. Carl В. Falcon. Controlling EMI in a high-speed ASIC design.// Embedded Systems Europe. -2003, -vol. 7, № 54, -P. 36-38.

10. Sherry Hess (Ansoft Corporation). Ignore professor Maxwell at your peril.// Applied microwave and wireless. -2002, -v. 14, № 4, -p.97-98.

11. Соломон П.М. Сравнение полупроводниковых приборов для скоростных логических схем. //ТИИЭР, -1982. -т.70. №5. -С.88-112.

12. Кииз Р. Физические ограничения цифровых электронных схем. // ТИИЭР, -1975. -№5. -С.5-38.

13. В.Е. Борисенко. Наноэлектроника- основа информационных систем XXI века.// Соросовский образовательный журнал, -1997. -№5. -С. 100-104.

14. Гвоздев В.И., Кузаев Г.А., Назаров И.В. Проблемы повышения быстродействия обработки цифровой информации// Зарубежная радиоэлектроника. -1996. -№6. -С. 19-30.

15. Басан С.Н. Основные теоремы теории линейных схем замещения электрических и электронных цепей. -Таганрог: ТРТУ, 1994. -109с.

16. Алексенко А.Г. Основы микросхемотехники. -М.: Сов. Радио. 1971. -352с.

17. Пономарев М.Ф. Конструкции и расчет микросхем и микроэлементов ЭВА. -М.: Радио и связь, 1982. -288с.

18. Любченко В.Е. Интегральные схемы — настоящее и будущее полупроводниковой электроники миллиметрового диапазона. // Радиотехника. -2000. -№ 1, -С. 87-91.

19. Орлов О.С., Осипов В.П. Монолитно-интегральные СВЧ- схемы, устройства и приборы. // Радиотехника. -2001. -№2, -С. 17-23.

20. Данилин В.Н., Кушниренко А.И., Петров Г.В. Аналоговые полупроводниковые интегральные схемы СВЧ.-М.: Радио и связь, 1985. -192с.

21. Пожела Ю. Физика быстродействующих транзисторов. -Вильнюс: Мокслас, 1989. -264с.

22. Технология СБИС./ В 2х кн. Кн2. Пер. с англ.//Под ред. С. Зи. -М.: Мир, 198'6. -453с.

23. Басан С.Н., Махиня В.Д. Эквивалентные преобразования в линейных схемах замещения электрических цепей с управляемыми источниками.1. Таганрог: ТРТИ, 1990.60с.

24. Быстродействующие матричные БИС и СБИС./ Под ред. Б.Н.Файзулаева, И.И; Шагурина. -М.: Радио и связь, -1989.

25. Гвоздев В.И., Нефедов Е.И. Объемные интегральные схемы СВЧ. -М.: Наука, 1982. -256с.

26. Быков Д.В., Воробьевский Е.М., Гвоздев В.И., Кузаев Г.А., Поляков И.М., Попов О.Н., Чернозубов Ю.Г. Схемотехнические и конструкторско-технологические аспекты создания ОИС СВЧ. // Зарубежнаярадиоэлектроника. -1992. -№М. -С.49-65.

27. Нефедов Е.И., Фиалковский А.Т. Полосковые линии передачи. Электродинамические основы автоматизированного проектирование интегральных схем СВЧ. -М.: Наука, 1980. -312с.

28. Малышев В.А. Бортовые активные устройства сверхвысоких частот. -JL: Судостроение, 1990. -264с.

29. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. /Под ред. Н.Д.Девяткова. -М.:

30. Высшая школа, 1970. -440с.

31. Кацман Ю.А. Приборы СВЧ. -М.: Высшая школа, 1983.

32. Тагер А.С., Вальд Перлов В.М. Лавинно-пролетные диоды и их применение в технике СВЧ. -М.: Сов. Радио, 1968. -488с.

33. Каганов В.И. СВЧ полупроводниковые передатчики. -М.: Радио и связь, 1981. -400с.

34. Агальцова Ю.А., Петров Б.Е., Сибирцев Л.С. Микрополосковые генераторы на многоструктурных ЛПД // Радиотехника, -1987. -№11. -С. 14 -20.

35. Никитин А.А., Шаповалов А.С. Экспериментальное исследование многодиодных генераторов на многоструктурных ЛПД. // Электронная техника. Сер. СВЧ-техника, -1999. -№2(474). -С.7-9.

36. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. -М.-Л.: Энергия, 1966. т.1, 522с., т.2, 408с.

37. Попов В.П. Основы теории цепей. -М.: Высшая школа, 1985. -496с.

38. Андреев B.C. Теория нелинейных электрических цепей. -М.: Радио и связь, 1983. -280с.

39. Котельников В.А., Николаев A.M. Основы радиотехники.ч.2. -М.: Связьиздат, 1954. -308с.

40. Agilent Technologies. A nonlinear circuit simulation model for GaAs and InP heterojunction bipolar transistors.// Microwave Journal. -2003, -vol. 46, № 12., -p. 126-134.

41. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи с распределенными параметрами. -М.: Высшая школа, 1980. -152с.

42. Калинин В.И., Герштейн Г.М. Введение в радиофизику. -М.: ГИТТЛ, 1957. -660с.

43. Микроэлектронные устройства СВЧ./ Под ред. Г.И. Веселова. -М.: Высш.шк., 1988. -280с.

44. Основы проектирования микроэлектронной аппаратуры. / Под ред. Б.Ф. Высоцкого. -М.:Сов. радио, 1978. -352с.

45. Конструирование и расчет полосковых устройств. / Под ред. И.С. Ковалева. -М.:Сов. радио, 1974. -296с.

46. Полосковые платы и узлы./ Под ред. Е.П. Котова, В.Д. Каплуна. -М.:Сов. радио, 1979. -248с.

47. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств./ Под ред. В.И. Вольмана. -М.:Радио и связь, 1982. -328с.

48. Фисун А.И., Белоус О.И. Квазиоптические твердотельные источники излучения: принципы построения, тенденции развития и перспективы приложения. // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. -1999, -№4, -С.41-64.

49. P.S. Neelakanta, А.К. Stampalia, D. De Groff. An Actively-controlled Microwave Reflecting Surface with Binary-pattern Modulation.// Microwave Journal. -2003, -vol. 46, № 12. -P. 22-36.

50. Демирчян К.С. Бутырин JI.A. Моделирование и машинный расчет электрических цепей. -М.: Высш. шк., 1988. 335с.

51. Мигулин В.В., Медведев В.И., Мустель Е.Р., Парыгин В.Н. Основы теории колебаний. /Под ред. В.В.Мигулина. -М.: Наука, 1978.392с.

52. Теоретические основы электротехники. Под ред. П.А. Ионкина. Учебник для электротехнических вузов.-М.: Высшая школа, 1976. -544 е., т.2 383 с.

53. Кушнир В.Ф., Ферсман Б.А. Теория нелинейных электрических цепей. -М.: Связь, 1974. -384 с.

54. Hambleton R.G., Robson P.N. Design consideration for resonant traveling wave IMP ATT oscillator. // Int.J.Electronics, -1973, -v.35, №2, -pp 255-244.

55. Монолитные генераторы и активная антенна на лавинно-пролетных. диодах для диапазона миллиметровых волн. // Экспресс-информация. Сер. Радиотехника СВЧ, -1989. -№ 47. -С.34-40.

56. Jerry Jordan. Gold Stud Bumps in Flip-chip Applications.// Microwave Journal. -2003, -vol. 37, № 3.

57. Мидфорд Т., Боуэрс X. Усилитель бегущей волны на лавинно-пролетном диоде с раздельным входом и выходом. // ТИИЭР.- 1968.-№ 10.-С. 92-93.

58. Волощенко Ю.П., Малышев В.А. Нелинейная теория усилителей бегущей волны на отрицательных проводимостях. // Радиотехника и электроника, -Т.11, №4, -1966, -С.699-708.

59. Карушин Н.Ф. Источники мощности миллиметрового диапазона налавинно-пролетных диодах с распределенными параметрами. // Известия ВУЗов. Радиоэлектроника,-1999.-№7.-С.47-54.

60. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей.-М.-Л.: Энергия, 1965:-444 с.

61. Основы электротехники, под ред. К.А.Круга. -M.-J1.: Госэнергоиздат, 1952. -432 с. ■

62. Атабеков Г.И. Основы теории цепей.-М.: Энергия, 1969. 424с.

63. Глушань В.М., Зйнченко J1.A. Математическое и компьютерное моделирование электрических цепей в режиме малого сигнала. -Таганрог.: ТРТУ, 1999:-107с.

64. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В;,, Чечурин B.J1. Теоретические основы электротехники, т. 1. -СПб.: Питер. 2004 -463 с.

65. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин- В.Л. Теоретические основы электротехники, т.2.-СПб.: Питер. 2004-576 с.

66. Влах И., Сингхал К. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем. М., Радио и связь, 1988: - 560 с.

67. Рассоха Д.П. Теоретические основы электротехники. -Таганрог: ТРТУ, 2006.-76 с.

68. Басан С.Н. Основы теории электрических и электронных цепей. Таганрог: ТРТУ, 1995. 136 с.

69. Фотин В.П. Электропередача переменного тока. // www.vei.ru

70. Данилов Л.П., Матханов П.Н. Филиппов Е.С. Теория нелинейных электрических цепей. — Л.: Энергоатомиздат, 1990. -256 с.

71. Анго А. Математика для электро- и: радиоинженеров. -М.: Наука. 1965. -780с.

72. Бартонева Л.О., Башарин С.А., Бычков М.Ю., Кальнин А.А., Королев А.В. Коллективные эффекты в сетях из негатронных элементов. Журнал технической физики. 1998. т.68, №5.С.1-8.

73. Пат. 5511238 США, МКИ Н01Р 1/15; H01Q 13/18; Н04В 1/28.

74. Monolithic microwave transmitter/receiver. / Burhan Bayraktaroglu, (CILIA). Texas Instruments Incorporated. (США). № 5511238; Опубл 23.04.1996, НКИ 455/81; 342/175; 343/700 MS; 331/107 DP; 331/107 SL; 333/247; 333/250.

75. Богатырев Ю.К., Рабинович М.И. Автоколебания в отрезке нелинейной активной линии // Известия ВУЗов. Радиофизика, 1967. т. 10. №12.С.1750.

76. Новиков А.А. Автоколебания в отрезке линии с дискретными активными элементами //Известия-ВУЗов. Радиофизика, 1978. т.21. №6.

77. Радиолокационные методы исследования Земли. /Под ред. Ю.А.Мельника. -М.: Сов.Радио, 1980. -264с.

78. Кабанов Д.А. Функциональные устройства с распределенными параметрами. М.: Сов. Радио, 1979.336с.

79. Пат. 5512776 США, МКИ H01L 29/864. Interdigitated IMP ATT devices. / Burhan Bayraktaroglu, (США). Texas Instruments Incorporated. (США); № 5512776; Опубл 30.04.1996, НКИ 257/604; 257/199; 257/276; 257/522.

80. Пат. 5496755 США, МКИ H01L 21/70. Integrated circuit and method. / Burhan Bayraktaroglu, (США). Texas Instruments Incorporated. (США). № 5496755; Опубл 5.03.1996, НКИ 437/51; 437/52; 437/59; 437/60; 437/61.

81. Пат. 6049308 США, МКИ H01Q 1/38. Integrated-resonant tunneling diode based antenna. / Vincent M. Hietala; Chris P. Tiggers; Thomas A. Plut (США). Sandia Corporation. (США). № 6049308; Опубл 03.09.1985, НКИг 330/287: 333/34.

82. Пат.1118242 СССР МКИ Н 01 L23/367. Многоэлементный полупроводниковый СВЧ прибор. / Вальд - Перлов В.М., Сибирцев JI.C.3608509/25; Заявлено 17.06.83., Опубл. 27.12.95., Бюл. №36.

83. Монолитные ГЛПД мм-диапазона. // Сигнал, ГНПП Исток, №13(77). 1989. С.8-13.

84. Физика тонких пленок. //Под ред. Т. Хасса, М. Франкомба, Р. Гофмана /Пер. с англ. под ред. А.Г. Ждана, В.Б. Сандомирского. т.8. -М.: Мир, 1978. -360с.

85. Rucker С.Т. Chip level IMP ATT combining for 40GHz //IEEE Trans., v. MTT-29. -1981. №12. -P. 1266-1268.

86. Волощенко П.Ю., Волощенко Ю.П. К анализу неоднородных активных линий СВЧ. Сб.ВИМИ РИПОРТ. -М.:1976. -№15. -8с. Деп. ЦНИИ Электроника, №4187/76.

87. Пат. 4539528 США, МКИ H03F 3/60; НОЗС 7/38. Two-port amplifier/ Burhan Bayraktaroglu, Bumman Kim; William Frensley (США). Texas Instruments Incorporated. (США). № 4539528; Опубл 11.04.2000, НКИ 343/700 MS; 343/701; 343/721.

88. Полупроводниковые приборы. Сверхвысокочастотные диоды. Справочник /БА. Наливайко, А.С. Берлин, В.Г. Божков и др. Под ред. БА. Наливайко. -Томск: МГП Раско, -1992. -223с.

89. Воинов Б.С. Широкодиапазонные колебательные системы СВЧ. -М.: Сов. Радио, 1973. -304с.

90. Справочник по волноводам. /Пер. с англ. под ред. Я.И.Фельда. -М.: Сов. Радио, 1952. -432с.

91. Автоматизированное проектирование антенн и устройств СВЧ. / Под ред. В.В.Никольского. -М.: Радио и связь, 1982. -272с.95". Автоматизированное проектирование устройств СВЧ. /Д.И

92. Воскресенский, С.Д.Кременецкий, А.Ю.Гринев, Ю.В.Котов. -М.: Радио и связь, 1988. -240с.

93. Jun-Seok Park. An Equivalent Circuit and Modeling Method for Defected Ground Structure and Its Application; to the Design of Microwave Circuits// Microwave Journal. -2003, -vol. 45, № 11.

94. Филинюк H. Негатроника. Исторический обзор //Вигшрювальна та обчислювальна техшка в технолопчних процесах., -1999. -j\»3. -С.38-43.

95. Негатроника /А.Н. Серьезнов, Л И. Степанова, С.А.1 Гаряинов, С.В. Гагин, О.Н. Негоденко, Н.А. Филинюк, Ф.Д; Касимов. -Новосибирск: Наука^ Сибирская издательская фирма РАН. -1995. -315с.

96. Негоденко О.Н., Мардамшин IO.II. Ламповый аналог негатрона и его применение // Деп. ВИНИТИ; №359Г-В98 от 7.12.98.

97. Волощенко II.Ю. Алгоритм; анализа; импедансных характеристик элемента колебательной системы: многоструктурного лавинно-пролетного диода//Изв.вузов. Электроника, -1999. №6. -С.61-67.

98. Нефедов Е.И., Нефедов И.К., Фиалковский А.Т. Открытая на конце МПЛ// Радиотехника и электроника, -1980. -т.25. №15. -С. 1084 1087.

99. Касьянов А.О., Кошкидько В.Г., Обуховец В.А. Проектирование микрополосковых антенн.-Таганрог: ТРТУ, 1998.-55с.

100. Jeong II Kim, Byung Moo Lee, Young Joong Yoon. Wideband printed dipole antenna for multiple wireless services// Applied microwave and wireless. -2002, v. 14, №9, -p. 70-77.'

101. Араманович И.Г., Лунц Г.Л., Эльскольц Л.Э. Функции комплексного переменного. Операционное исчисление. Теория устойчивости; -М:: Наука. 1968. -416с.

102. Бронштейн И.Н., Семендяев K.JI. Справочник по математике. -М. Наука. 1986. -544с.

103. Фильчаков П.Ф. Справочник по высшей математике. -Киев: Наукова Думка, 1972. -744с.

104. Ланцош К. Практические методы прикладного анализа. -М.: ГИФМЛД961. -524с.

105. Волощенко- Ю.И. Исследование колебательной характеристики нелинейной волновой системы с негатроном. // Тезисы докладов шестой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов

106. Радиоэлектроника, электротехники и энергетика". 1-2 марта' 2000 г. -М.:i1. МЭИ; -2000. -С. 184-186.

107. Веревкина-Л.С., Волощенко П.Ю., Волощенко Ю.П! Исследование одномерной микроэлектронной волновой структуры. //Вопросы специальной радиоэлектроники. Серия ОВР, -Москва-Таганрог, -2003. вып. 1, -С. 105-112.

108. Волощенко П.Ю. Волощенко Ю.П. Моделирование микроэлектронной волноведущей структуры СВЧ//Тезисы докладов Всероссийской НТК "Излучение и рассеяние электромагнитных волн" ИРЭМВ 2005. Таганрог, 21-25 июня, 2005, Таганрог: ТРТУ, 2005. С. 399-340.

109. Волощенко ПТО., Волощенко Ю.П. Основы нелинейной теории противорадиолокационных устройств СВЧ. //Труды международной научно-технической- конференции «Излучений и рассеяние ЭМВ» ИРЭМВ-2003, -Таганрог: ТРТУ, -2003. С. 267-269.

110. Волощенко Ю.П., Волощенко П.Ю. Физические принципы конструирования микроэлектронных противорадиолокационных покрытий. //

111. Материалы Всероссийской НТК «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» ИРЭМВ 2001. Таганрог, июнь 18-19, 2001, -ТаганропТРТУ, -2001. -С. 83.

112. Волощенко Ю.П. Эталонный отражатель, интегрированный с усилителем на ЛПД. //Вопросы специальной радиоэлектроники. Серия ОВР, -Москва-Таганрог, -2003. вып. 1, С. 176-178.

113. Патент № 2190921 РФ, МКИ НОЗ В 7/14. Генератор сверхвысоких частот /Волощенко' П.Ю., Волощенко Ю.П. (RU); Таганрог. Госуд. радиотехн. ун-т (РФ). №99128017; заявлено 31.12.99; зарегистр. 10.10.02.бюл.№28.30с.i

114. Волощенко Ю.П. Исследование ГИС усилителя на ЛПД активной антенны СВЧ. // ' Тезисы докладов московской студенческой НТК «Радиоэлектроника в народном хозяйстве» 26-27 февраля , 1997 г., -М.: МЭИ(ТУ), -1997. -С. 58.

115. Волощенко Ю.П. Волощенко П.Ю. Анализ диодного резонатора активной щелевой антенны. // Известия ТРТУ спец. Выпуск «Материалы XLI научно-технической конференции», -Таганрог: ТРТУ, -1997. -С. 112.

116. Волощенко Ю.П. Радиолокационный калибратор с электрически управляемым СВЧ модулем. //Известия ТРТУ. -Таганрог: ТРТУ, 2003.1(30), -С. 92-93.

117. Волощенко Ю.П. Исследование базового модуля активной фазированной антенной решетки с делителем мощности оптического типа. //Труды международной научно-технической конференции «Излучений и рассеяние ЭМВ» ИРЭМВ-2003, -Таганрог: ТРТУ, -2003. -С. 100.

118. Волощенко Ю.П. Управляемый' радиолокационный отражатель. //

119. Материалы Всероссийской НТК «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» ИРЭМВ 2001. Таганрог, июнь 18-19, 2001, -Таганрог: ТРТУ, -2001. -С. 82.

120. Волощенко Ю.П. Исследования активного радиолокационного отражателя. // Радиоэлектроника и электроника в народном хозяйстве. НТК студентов и аспирантов вузов России. В 2 х томах, том 1-й, 25-26 февраля 1998 г. -М.: МЭИ, -1998. -С. 78.

121. Волощенко Ю.П. Анализ двухдиодных активных микроволновых структур.// Материалы первой ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр южного научного центра РАН. -Ростов-на Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, -2005, С. 251.

122. Волощенко Ю.П., Негоденко О.Н. Моделирование интегрированной полупроводниковой структуры. //Известия ТРТУ. —Таганрог: ТРТУ, 2007. -№1(73), -С. 124-128.

123. Волощенко П.Ю., Волощенко Ю.П. Моделирование электрического поля фрагмента сверхскоростной интегральной схемы. //Нелинейный мир. -Москва, 2007. №10-11, С. 689-696.

124. Веревкина JI.C., Волощенко Ю.П., Пшихопов В.Х. Методика оценки метрологического обеспечения при контроле технического состояния комплекса // Вопросы специальной радиоэлектроники. Серия ОВР, -Москва-Таганрог, -2008, вып. 1, -С.73-76.

125. Волощенко П.Ю., Волощенко Ю.П., Замков Е.Т. Моделирование нелинейных волновых процессов в фрагменте сверхскоростной ИС.// Известия ЮФУ, Технические науки, Таганрог, ТТИ ЮФУ, №1 (78), 2008, с.102-106.