автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Моделирование электрических характеристик СВЧ-генераторов с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе

На правах рукописи

МАЗЕЕВ Евгений Валентинович

4852524

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СВЧ-ГЕНЕРАТОРОВ С ВНУТРЕННЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Специальность 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов - 2011

4852524

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет»

доктор технических наук, профессор Сивяков Борис Константинович

доктор физико-математических наук, профессор Игнатьев Александр Анатольевич

доктор технических наук Львов Алексей Арленович

Ведущая организация ЗАО «НПЦ «Алмаз-Фазотрон», г. Саратов

Защита состоится « 23 » июня 2011 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.01 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет», корп.1, ауд.220.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Автореферат разослан « 12 » мая 2011 г.

Автореферат размещен на сайте Саратовского государственного технического университета www.sstu.ru « 12 » мая 2011 г.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ученый секретарь диссертационного совета

д^уЛ Димитрюк А.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. СВЧ-транзисторные генераторы нашли широкое применение в современной радиоэлектронной технике. При их разработке изготовлению экспериментальных образцов предшествует этап схемотехнического проектирования, на котором с использованием математических моделей проводится анализ возможных вариантов конструкции и выбирается вариант,, подлежащий реализации. Это способствует сокращению материальных затрат на разработку и сроков ее проведения.

Вопросы моделирования транзисторных генераторов низкочастотного и высокочастотного диапазонов рассматривались в работах Челнокова О.Л., Богачева В.М., Хотунцева Ю.Л. и др. Такие генераторы строятся по трехточечной схеме, в которой реализуется внешняя обратная связь, и в их состав входят элементы с сосредоточенными параметрами.

Пассивные элементы СВЧ-транзисторных генераторов, как правило, выполняются отрезками микрополосковой линии (МПЛ) и используется внутренняя обратная связь, при которой упрощается конструкция устройства. Кроме того, при внутренней обратной связи сокращается ее электрическая длина, что является важным условием для работы генератора с перестройкой частоты. Моделированию СВЧ-транзисторных генераторов с внутренней обратной связью посвящен ряд работ (Фартушнов С.А., Фур-саев М.А., Горбачев Д.М., СгеЬепшкоу А.У.). В них основное внимание уделено определению параметров электрического режима работы транзистора в составе генератора и параметров электрических цепей, при которых достигаются требуемые выходные параметры устройства. Такой режим принято называть номинальным. Однако при серийном производстве и эксплуатации номинальный режим и условия его обеспечения не всегда могут быть выдержаны. Поэтому на этапе проектирования необходимо проводить оценку работоспособности генератора в режимах, отличающихся от номинального, что требует решения задачи моделирования его электрических характеристик. Такая задача ранее не рассматривалась.

При разработке СВЧ-генератора с перестройкой частоты ранее использовалась линейная модель транзистора (КНсИег 1, Л^сЬуаг А.), что не позволяло определять уровень выходной мощности и характер ее изменения в диапазоне перестройки. Определение этих данных СВЧ-генератора с перестройкой частоты должно базироваться на нелинейной модели транзистора.

Таким образом, для повышения эффективности проектирования СВЧ-транзисторных генераторов представляется актуальным продолжение работ в направлении создания методик и алгоритмов моделирования электрических характеристик этих устройств.

Целью диссертации является создание методик и алгоритмов моделирования и анализа электрических характеристик СВЧ-генераторов с внутрен-

ней обратной связью на биполярном транзисторе, предназначенных для работы как на фиксированной частоте, так и с перестройкой частоты.

Задачи исследования:

1. Определение принципов моделирования электрических характеристик СВЧ-транзисторного генератора с внутренней обратной связью.

2. Разработка методик и алгоритмов моделирования электрических характеристик СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе, работающем в недонапряженном режиме с отсечкой тока, позволяющего проводить анализ работы этого устройства при изменении питающего напряжения и параметров нагрузки.

3. Нахождение условий, ограничивающих работу СВЧ-транзисторного генератора с внутренней обратной связью при изменении параметров нагрузки на его выходе.

4. Создание методики и алгоритма моделирования СВЧ-транзисторного генератора с перестройкой частоты на базе нелинейной модели транзистора, обеспечивающих определение величины выходной мощности и ее изменение при перестройке частоты.

5. Экспериментальная проверка результатов моделирования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Построена модель СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе, обеспечивающая проведение расчета и анализа его выходных параметров при изменении параметров электрического режима.

2. Разработаны методики и алгоритмы расчета электрических характеристик СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе, позволяющие определить зависимости выходных параметров, в том числе генерируемой частоты, от величин параметров элементов цепи постоянного тока и нагрузки на выходе устройства.

3. Показано, что при увеличении модуля коэффициента отражения нагрузки на выходе СВЧ-транзисторного генератора с внутренней обратной связью увеличивается интервал изменения генерируемой частоты при изменении фазы этого коэффициента, а увеличение добротности колебательной системы сопровождается уменьшением интервала изменения частоты при изменении как питающего напряжения, так и фазы коэффициента отражения нагрузки (при фиксированном значении модуля этого коэффициента).

4. Разработаны методика и алгоритм моделирования СВЧ-генератора с перестройкой частоты на биполярном транзисторе, позволяющая определить границы диапазона перестройки, а также уровень выходной мощности и ее изменение при перестройке частоты.

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обосновывается применением методов моделирования и расчетов, апробированных в современной технике СВЧ, соответствием применяемого математического аппарата классу задач, решаемых теорией электрических

цепей, экспериментальным подтверждением результатов проведенного моделирования.

На защиту выносятся следующие положения и результаты:

1. Методики и алгоритмы моделирования электрических характеристик СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе, работающем в недонапряженном режиме с отсечкой тока, обеспечивающие проведение анализа его работы при изменении параметров элементов цепей постоянного тока и нагрузки на его выходе.

2. Методика решения задачи расчета выходных параметров СВЧ-транзисторного генератора с внутренней обратной связью, в котором определяемым является один из параметров электрического режима устройства (например, напряжение источника постоянного питания или проводимость нагрузки на выходе устройства), а задаваемым - генерируемая частота.

3. Результаты анализа зависимостей выходных параметров СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе от величин питающих напряжений и параметров нагрузки на выходе устройства.

4. Алгоритм расчета электрических характеристик СВЧ-генератора на биполярном транзисторе с варакторной перестройкой частоты, позволяющая прогнозировать ширину диапазона перестройки, выработать требования, предъявляемые к колебательной системе и цепи на выходе транзистора, при которых обеспечивается этот диапазон перестройки частоты, а также определить уровень выходной мощности и ее изменение при перестройки частоты.

Практическую значимость имеют:

- разработанные алгоритмы расчета зависимостей величин выходных параметров СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе от напряжений источников постоянного питания, который необходимо проводить на этапе схемотехнического проектирования для оценки работоспособности таких устройств при напряжениях этих источников, отличающихся от номинальных;

- результаты анализа зависимости выходных параметров СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе от параметров цепи на его выходе, позволяющие выработать требования, предъявляемые к выходной ферритовой развязке, используемой в этом устройстве;

- разработанная методика расчета электрических характеристик СВЧ-генератора с перестройкой частоты на биполярном транзисторе, позволяющая определить ширину диапазона перестройки и величину выходной мощности, которая может быть использована при проектировании таких устройств.

Апробация работы. Материалы, изложенные в диссертации, докладывались на международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2008, 2010, Новосибирск, 2010) и научной конференции «Электроника и вакуумная техника: приборы и устройства, технология и материалы» (Саратов, 2008).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемой литературы. Ее объем 113 страниц, 47 рисунков, 52 наименования цитируемых источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы ее цель, научная новизна, а также положения и результаты, выносимые на защиту.

В первой главе излагаются основы моделирования электрических характеристик СВЧ-транзисторного генератора с внутренней обратной связью, основными элементами которого, кроме транзистора, являются колебательная система, включенная на его входе, и выходной трансформатор связи. Схема, иллюстрирующая принцип построения такого генератора, приведена на рис. 1. Обратная связь в нем формируется за счет переотражения ВЧ сигнала между выходным трансформатором связи и колебательной системой, которой определяется генерируемая частота.

Рис. 1. Эквивалентная схема СВЧ-транзисторного генератора с внутренней обратной связью (1 — транзистор, 2 - колебательная система, 3 - выходной трансформатор связи, 4 - нагрузка)

Моделирование электрических характеристик СВЧ-транзисторного генератора предполагает самосогласованное совместное решение системы следующих уравнений:

- уравнений условия стационарного режима генератора;

- уравнений математической модели транзистора, используемого в генераторе;

- уравнений, определяющих значения проводимостей колебательной системы и цепи на выходе транзистора.

6

Введение последних из этих уравнений в состав решаемой системы уравнений обеспечивает моделирование электрических характеристик генератора.

При использовании метода эквивалентных двухполюсников, при котором пассивным двухполюсником является колебательная система, а активным - вход транзистора, условие стационарного режима генератора записывается в виде

Хвх + Хкс = О,

где Хвх = Свх + ]Ввх - входная проводимость транзистора, Укс = Скс + ]ВКС- проводимость колебательной системы.

В составе генератора транзистор работает в нелинейном режиме. Поэтому величина входной проводимости транзистора, зависящая не только от проводимости цепи на его выходе У„ = С„ + ]В|„ но и от параметров электрического режима прибора, определяется с использованием его математической модели.

Если в генераторе не осуществляется перестройка частоты, ее величина при изменении электрического режима изменяется незначительно. Это позволяет при моделировании таких генераторов колебательную систему представлять в виде ЬС-контура, а для расчета ее проводимости использовать соотношение

ГР

где - добротность колебательной системы, fp - ее резонансная частота.

Проводимость цепи на выходе транзистора У„ может быть определена как входная проводимость пассивного четырехполюсника, на выходе которого подключена внешняя нагрузка, характеризующаяся величиной коэффициента отражения.

В диссертации рассматривается СВЧ-генератор на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общей базой и работающем в недонапря-женном режиме с отсечкой тока, который характеризуется пониженным уровнем шумов. Электрические параметры транзистора рассчитываются с использованием кусочно-квазилинейной модели, которая является частным случаем модели Эберса-Молла. Используемая модель вполне адекватно отражает основные нелинейные свойства транзистора, работающего в недонапряженном режиме с отсечкой тока. Ее аналитические уравнения позволяют проводить расчеты с малыми затратами машинного времени.

Кусочно-квазилинейная модель биполярного транзистора строится на базе эквивалентной схемы, приведенной на рис.2, которой учитывается подключение к прибору в составе генератора со стороны входа колебательной системы, а со стороны выхода - нагрузки. Ключи в этой схеме от-

ражают пребывание транзистора в течение одного периода в открытом и закрытом состояниях.

В схеме приняты следующие обозначения:

I

2э= гэ + .¡соЬэ - комплексное сопротивление эмиттерного электрода;

2б = гб + jcoLб - комплексное суммарное сопротивление базового электрода и базового слоя транзистора;

= гк + ]соЬ,- - комплексное сопротивление коллекторного электрода;

гэ - сопротивление эмиттерного перехода, усредненного за время его пребывания в открытом состоянии;

СдЭ - диффузионная емкость эмиттерного перехода;

Сэ - барьерная емкость эмиттерного перехода;

1КГ - источник тока, обусловленного частью эмиттерного тока, прошедшего через базовый слой к коллектору;

Ск - барьерная емкость коллекторного перехода, усредненная за период.

Рис.2. Эквивалентная схема СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе, работающем в недонапряженном режиме с отсечкой тока

Транзистор рассматривается как активный четырехполюсник. Теория электрических цепей и гармонический анализ позволяют связать действующие значения первых гармоник входных и выходных напряжений и токов системой двух уравнений с коэффициентами 2-типа. При этом учитывается, что первая гармоника соответствует генерируемой частоте, на которую настроена колебательная система. Соотношения Ъ-коэффициентов имеют вид

2ц - 2Э + + 2ЭП

Ъ.п — 2.6' -21 -б +

Ж22 = + 2.1- +

]й)Ск

где 2эП - комплексное сопротивление эмиггерного перехода транзистора, усредненного за период, величина которого является функцией амплитуды напряжения на этом переходе в открытом состоянии 11от;

У1 - коэффициент, характеризующий уровень первой гармоники напряжения открытого эмиттерного перехода;

V - параметр, характеризующий время жизни рабочих носителей заряда в базовом слое;

а -коэффициент передачи эмиттерного тока в коллекторную цепь.

Амплитуда напряжения открытого эмиттерного перехода транзистора иот в кусочно-квазилинейной модели используется в качестве параметра электрического режима прибора. От величины этого параметра, кроме сопротивления эмиттерного перехода 2э„> зависят значения тока 1кг и барьерной емкости коллекторного перехода Сэ. С учетом этого рассчитываемые значения выходной мощности, постоянного эмиттерного тока и входной проводимости транзистора являются функциями амплитуды напряжения его открытого эмиттерного перехода. Значение входной проводимости транзистора в соответствии с теорией четырехполюсников определяется как

у __-н +-22_

~ВХ + (2п?22 ^12^21)

где 2„ - сопротивление цепи на выходе прибора.

Вторая глава посвящена разработке методик и алгоритмов моделирования электрических характеристик СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе, а также исследованию зависимости электрических параметров генератора от значений параметров элементов цепей постоянного тока и нагрузки. Расчеты проводятся в предположении использования в генераторе биполярного транзистора типа КТ919А, работающего в режиме класса С. Генерируемая частота 1 ГГц.

Моделирование зависимости выходных электрических параметров СВЧ-генератора от напряжений источников постоянного питания прово-

9

дилось на базе разработанного алгоритма, использующего методику последовательных приближений. При этом исходными данными являются значения параметров генератора в номинальном режиме работы, а искомыми - значения выходных параметров при напряжениях, отличающихся от номинального. Такой подход позволяет получить быструю сходимость результатов расчета.

Рис.3. Расчетные зависимости генерируемой частоты (а), выходной мощности генератора и постоянного эмиттерного тока транзистора (б) от напряжения источника постоянного питания

На рис. 3 приведены данные расчета зависимости генерируемой частоты, выходной мощности генератора и постоянного эмиттерного тока транзистора от напряжения источника постоянного питания. Величины изменения генерируемой частоты и напряжения нормированы к величинам этих параметров в номинальном режиме. Как видно из рис. 3,а, значение электронного смещения частоты уменьшается при увеличении добротности колебательной системы. Величины выходной мощности генератора и постоянного эмиттерного тока транзистора практически не зависят от ее добротности.

В связи с тем, что работа СВЧ-транзисторных генераторов весьма критична к нагрузке, использование методики последовательных приближений для определения зависимостей его выходных параметров от параметров нагрузки оказывается нерациональной. Поэтому для решения задачи моделирования СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе предлагается иная методика. В соответствии с ней задаваемым параметром является генерируемая частота, а определяемым -проводимость нагрузки. На базе этой методики в диссертации разработан алгоритм расчета зависимости от амплитуды напряжения открытого эмиттерного перехода транзистора следующих параметров: проводимости нагрузок как на выходе прибора, так и на выходе генератора, а также модуля

коэффициента отражения внешней нагрузки, при которых обеспечивается работа устройства с задаваемой частотой, и выходной мощности.

Рис. 4. Расчетные зависимости активной (а) и реактивной (б) проводимости нагрузки на выходе генератора, а также его выходной мощности (в) от амплитуды напряжения открытого эмиттерного перехода транзистора, при котором обеспечивается работа устройства,

для ряда значений генерируемой частоты (1 -/ = 0,996ГГц, 2 -/= 0,998 ГГц, 3 -/= 1,0ГГц, 4 -/= 1,002 ГГц, 5-f- 1,004 ГГц) На рис. 4, 5 приведены результаты расчета при величине добротности колебательной системы, равной 185, и топологии выходного трансформатора связи, обеспечивающим согласование выхода генератора с внешним ВЧ трактом на частоте 1 ГГц. Значения компонент проводимости нагрузки на выходе генератора отнесены к значению волновой проводимости выходного ВЧ тракта (0,02 См). Данные на рис.4 дают информацию о возможных комбинациях параметров, при которых может работать генератор. Конкретная комбинация этих параметров определяется величиной модуля коэффициента отражения нагрузки на выходе генератора, что иллюстрируется построением на рис.5.

С этой целью на рис.5 проведена пунктиром горизонтальная прямая, соответствующая фиксированному значению модуля коэффициента отра-

11

жения нагрузки Г0. Она пересекает кривую зависимости для частоты 1 ГГц в двух точках и только касается таких кривых для частот 0,998 и 1,002 ГГц. Это значит, что при изменении фазы коэффициента отражения нагрузки с

модулем Г0 изменяются амплитуда напряжения открытого эмиттерного перехода транзистора и генерируемая частота (в интервалах иот1 - иот2 и 0,998 - 1,002 ГГц соответственно). При этом изменение фазы коэффициента отражения может происходить в ограниченном интервале. На частоте 1 ГГц транзистор работает при двух величинах амплитуды эмиттерного перехода, а генератор — при двух значениях фазы коэффициента отражения. Знание величин амплитуды напряжения открытого эмиттерного перехода транзистора с использованием данных рис.4в позволяет определить изменение выходной мощности генератора при изменении фазы коэффициента отражения.

коэффициента отражения нагрузки на выходе генератора от амплитуды напряжения открытого эмиттерного перехода транзистора, при котором обеспечивается работа устройства, для ряда значений генерируемой частоты (1 -/= 0,996 ГГц, 2-/= 0,998 ГГц, 3 -/= 1,0ГГц, 4 -/= 1,002 ГГц, 5-/= 1,004 ГГц)

Анализ построений на рис.5 позволяет сделать вывод, что при увеличении модуля коэффициента отражения нагрузки происходит увеличение интервала изменения генерируемой частоты при изменении фазы этого коэффициента, а при отсутствии согласования выхода генератора с внешним ВЧ трактом работа устройства на нагрузку с модулем коэффициента отражения, равным нулю, не всегда возможна.

Рис.6. Расчетные зависимости модуля коэффициента отражения нагрузки, при котором может работать генератор на фиксированных частотах, от амплитуды напряжения открытого эмиттерного перехода транзистора при добротности колебательной системы, равной 92,5

На рис. 6 приведены расчетные зависимости модуля коэффициента отражения нагрузки от амплитуды напряжения открытого эмиттерного перехода транзистора, при которых он работает в составе генератора при добротности колебательной системы, равной 92,5. Как видно из сравнения с данными рис.5, при фиксированном модуле коэффициента отражения нагрузки (величина Г0 на рис. 5 и 7 одинакова) уменьшение добротности колебательной системы приводит к увеличению интервала изменения генерируемой частоты при изменении фазы коэффициента отражения.

В третьей главе решаются вопросы моделирования электрических характеристик СВЧ-генератора на биполярном транзисторе с перестройкой частоты при использовании нелинейной модели этого прибора. В ней предложен поэтапный подход к решению этой задачи, Такой подход, развиваемый в предположении использования в генераторе варакторной перестройки частоты, реализуется по следующему алгоритму.

На первом этапе с применением методики моделирования номинального режима генератора при заданной величине напряжения источника постоянного питания на одной из частот диапазона перестройки определяется величина проводимости колебательной системы, при которой обеспечивается требуемый уровень выходной мощности и которая используется для определения состава и значений параметров элементов этой системы. Затем при выбранном соответствии между величинами емкости варактора и частоты рассчитывается частотная зависимость проводимости колебательной системы в диапазоне перестройки, а также оценивается возможность практической реализации конструкции этой системы. На последующих этапах с использованием рассчитанной частотной зависимости прово-

димости колебательной системы и математической модели транзистора рассчитывается частотная зависимость проводимости цепи на выходе этого прибора, по которой определяется топология выходного трансформатора связи. По полученным результатам на последнем этапе определяется ширина диапазона перестройки частоты, изменение выходной мощности в этом диапазоне и зависимость генерируемой частоты от напряжения, подводимого к варактору. С целью увеличения диапазона перестройки возможна корректировка ранее выбранного соответствия между емкостью ва-рактора и частотой.

Св.пФ

\

\| ч,

\ \

\ V

\ \

\ ч

Г, ГГц

0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2

Рис. 7. Выбранное соответствие между величинами емкости варактора и частоты при расчете колебательной системы генератора

Предложенный подход к моделированию электрических характеристик СВЧ-транзисторного генератора с перестройкой частоты в диссертации иллюстрируется при предположении использования колебательной системы, которая представляет собой параллельное соединение коротко-замкнутого отрезка МПЛ, варактора и резистора. Такое построение колебательной системы и значения параметров ее элементов определены по результатам расчета ее проводимости на частоте 1 ГГц. При принятом соответствии между величинами емкости варактора и частоты, представленном на рис.7, частотные зависимости активной и реактивной проводимости колебательной системы имеют вид, показанный на рис.8. На рис. 9 и 10 приведены результаты расчета частотных зависимостей компонент проводимости цепи на выходе транзистора, а также изменения выходной мощности генератора и постоянного тока транзистора в диапазоне перестройки.

Рис.8. Результаты расчета частотных зависимостей активной (а) и реактивной (б) проводимостей колебательной системы

' В„,См

Рис.9. Результаты расчета частотных зависимостей активной (а) и реактивной (б) проводимостей цепи на выходе транзистора

{, ГГц

0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1

Рис.10. Результаты расчета частотных зависимостей выходной мощности генератора и постоянного эмиттерного тока транзистора в диапазоне перестройки

Рис.11. Экспериментальный образец СВЧ-транзисторного генератора

>и 1 "вытн

-Ю,2 40,1 У. 1,2 1 0,8 АЕк Уо ?км 0,6 * V / ■ АКк о*, Ек'

У / У

У -0,1 У

0.' -0,2 а ___' / / / б

+5 +10 Ьо

-10 -5

-О

1___ , ад

о" 2 Ещ'

'-10 5

Рис.12. Сравнение результатов расчета зависимостей от питающего напряжения генерируемой частоты (а), выходной мощности генератора (б) и постоянного эмиттерного тока транзистора (в) с экспериментальными данными

Четвертая глава посвящена экспериментальной проверке результатов расчета зависимости электрических параметров СВЧ-генератора от напряжения источника постоянного питания. Экспериментальные данные получены на макете генератора, представленного на рис. 11. Он построен на биполярном транзисторе типа 2Т948Б и работает на частоте 2 ГГц. В диссертации дается описание конструкции макета и методика измерения его электрических параметров.

С учетом различия генерируемых частот и использованных в эксперименте и моделировании типов транзистора на базе данных изменений проводится проверка качественного соответствия результатов расчета и эксперимента. Для такой оценки данные расчета и эксперимента представляются в отношении к значениям соответствующих параметров в номинальном режиме сравниваемых генераторов. Результаты сравнения приведены на рис.12. Как видно, расчетные зависимости электрических параметров СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе от напряжения источника постоянного питания правильно передают характер экспериментальных зависимостей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Построена модель СВЧ-транзисторного генератора с внутренней обратной связью, позволяющая проводить расчет и анализ его электрических характеристик. В ее основу положена эквивалентная схема, в которой генератор представляется в виде параллельно соединенных активного и пассивного двухполюсников. Моделирование электрических характеристик генератора обеспечивается введением в систему используемых уравнений соотношений, отражающих частотные свойства колебательной системы и зависимость проводимости цепи на выходе транзистора от параметров внешней нагрузки.

В качестве объекта моделирования выбран СВЧ-генератор с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе, работающем в недонап-ряженном режиме с отсечкой тока. Моделирование проводится с использованием кусочно-квазилинейной модели биполярного транзистора, отражающей основные его нелинейные свойства при работе в этом режиме.

2. Разработан алгоритм расчета электрических характеристик СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе, построенный на базе методики последовательных приближений. С его использованием проведен анализ зависимости генерируемой частоты и выходной мощности генератора от питающего напряжения. Показано, что величина электронного смещения частоты уменьшается при увеличении добротности колебательной системы, а от значения добротности практически не зависит выходная мощность генератора.

3. Предложена методика расчета электрических характеристик СВЧ-транзисторного генератора с внутренней обратной связью, в котором определяемым является один из параметров электрического режима генератора, а задаваемым параметром - генерируемая частота. Он показал свою эффективность при анализе зависимости работы генератора от параметров нагрузки.

4. Разработан алгоритм расчета зависимости значений выходной мощности и генерируемой частоты от модуля коэффициента отражения нагрузки на выходе генератора при заданной топологии выходного трансформатора связи. Проведенный с его использованием анализ показал, что от топологии этого трансформатора зависит величина модуля коэффициента отражения нагрузки, меньше которого не всегда возможна работа генератора, а при увеличении модуля коэффициента отражения увеличивается интервал изменения генерируемой частоты при изменении фазы этого коэффициента. Также показано, что интервал этого изменения генерируемой частоты уменьшается при увеличении добротности колебательной системы.

5. Предложена методика моделирования электрических характеристик СВЧ-транзисторного генератора с перестройкой частоты на базе нелинейной модели прибора, при которой на первых этапах определяются структура и значения параметров элементов колебательной системы и оценивается возможность ее практической реализации. Разработан алгоритм расчета генератора с варакторной перестройкой частоты, построенного на биполярном транзисторе. Алгоритм предполагает использование задаваемого соответствия между величинами емкости варактора и частоты, которое может корректироваться в процессе расчета, в частности с целью увеличения диапазона перестройки.

6. Проведено моделирование электрических характеристик СВЧ-генератора на биполярном транзисторе с варакторной перестройкой частоты. В результате моделирования определяются диапазон перестройки частоты, частотные зависимости проводимости колебательной системы и проводимости цепи на выходе транзистора, при которых обеспечивается перестройка частоты в этом диапазоне, а также зависимость выходной мощности в диапазоне перестройки.

7. Представлены результаты измерений зависимостей генерируемой частоты, выходной мощности и постоянного эмиттерного тока биполярного транзистора от питающего напряжения, полученные на экспериментальном макете СВЧ-генератора с внутренней обратной связью. Их сравнение с результатами расчета показало, что моделирование правильно передает ход экспериментальных зависимостей. Это позволяет рекомендовать выработанные методики и алгоритмы моделирования электрических характеристик СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе для применения при проектировании таких устройств.

Публикации по теме диссертации

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Мазеев Е.В. Определение параметров пассивных элементов СВЧ-транзисторного генератора с перестройкой частоты / Е.В. Мазеев, М.А. Фурсаев // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010. №2 (45). С. 193-198.

2. Мазеев Е.В. Решение задач проектирования СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе / Д.М. Горбачев, Е.В. Мазеев, М.А.Фурсаев // Радиотехника. 2011. №1. С.42-46.

3. Мазеев Е.В. Анализ работы СВЧ-транзисторного генератора от питающего напряжения / Е.В. Мазеев, Б.К. Сивяков, М.А. Фурсаев // Электронная техника. Сер.1. Техника СВЧ. 2011. №2. С. 17-20.

В других изданиях

4. Мазеев Е.В. Особенности схемотехнического проектирования СВЧ-транзисторных генераторов с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе / Д.М. Горбачев, Е.В. Мазеев, М.А. Фурсаев // Актуальные проблемы электронного приборостроения: матер. Междунар. науч.-техн. конф. Саратов, 2008. С. 38-41.

5. Мазеев Е.В. Алгоритмы решения задач схемотехнического проектирования СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе / Д.М. Горбачев, Е.В. Мазеев // Техническая электродинамика и электроника: сб. науч. трудов. Саратов: СГТУ, 2008. С. 12-16.

6. Мазеев Е.В. Оценка работоспособности СВЧ-транзисторных генераторов с учетом действия эксплуатационных факторов / Д.М. Горбачев, Е.В. Мазеев, М.А. Фурсаев // Электроника и вакуумная техники: приборы и устройства, технология и материалы: матер, науч. конф. Вып.З. Саратов, 2009. С. 126-128.

7. Мазеев Е.В. Обеспечение условий работы биполярного транзистора в составе СВЧ-генератора с внутренней обратной связью / Д.М. Горбачев, Е.В. Мазеев, М.А. Фурсаев II Техническая электродинамика и электроника: сб. науч. трудов. Саратов: СГТУ, 2009. С. 10-13.

8. Мазеев Е.В. Алгоритмы решения задач проектирования СВЧ-генератора на биполярном транзисторе / Е.В. Мазеев // Техническая электродинамика и электроника: сб. науч. трудов. Саратов: СГТУ, 2009. С. 138-141.

9. Мазеев Е.В. Анализ работы СВЧ-транзисторного генератора при изменении параметров нагрузки / Е.В. Мазеев, Б.К. Сивяков, М.А. Фурсаев // Актуальные проблемы электронного приборостроения: матер. Междунар. науч.-техн. конф. Саратов, 2010. С. 55-59.

10. Мазеев Е.В. Определение частотных зависимостей проводимостей пассивных элементов СВЧ-транзисторного генератора с перестройкой частоты / Е.В. Мазеев, М.А Фурсаев // Актуальные проблемы электронного

приборостроения: матер. Междунар. науч.-техн. конф. Саратов, 2010 С 72-76.

11. Мазеев Е.В. Расчет зависимости параметров СВЧ-транзисторного генератора от питающего напряжения / Е.В. Мазеев, М.А. Фурсаев // Актуальные проблемы электронного приборостроения: матер. Междунар. науч.-техн. конф. Т.4. Новосибирск, 2010. С. 192-195.

12. Мазеев Е.В. Ограничение режимов работы СВЧ-транзисторного генератора, обусловленные колебательной системой / Е.В. Мазеев, М.А. Фурсаев // Техническая электродинамика и электроника: сб. науч трудов Саратов: СГТУ, 2010. С. 17-21.

13. Мазеев Е.В. Экспериментальная проверка результатов исследования работы СВЧ-транзисторного генератора при изменении питающего напряжения / Е.В. Мазеев, В.Ю. Позняков // Техническая электродинамика и электроника: сб. науч. трудов. Саратов: СГТУ, 2010. С. 27-30.

14. Мазеев Е.В. Расчет колебательной системы СВЧ-транзисторного генератора с варакторной перестройкой частоты / Е.В. Мазеев // Техническая электродинамика и электроника: сб. науч. трудов. Саратов- СГТУ 2010. С. 31-34.

Подписано в печать 06.05.11 Формат 60x84 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л. 1,16 (1,25) Уч.-изд. л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ 82 Бесплатно Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Тел.: 24-95-70; 99-87-39, e-mail: izdat@sstu.ru

Введение.

Глава первая. Основы моделирования электрических характеристик

СВЧ транзисторного генератора с внутренней обратной связью.

1.1 Схема построения СВЧ транзисторного генератора с внутренней обратной связью и его электрические характеристики.

1.2. Метод эквивалентных двухполюсников - основа моделирования электрических характеристик СВЧ транзисторного генератора.

1.3. Особенности использования математических моделей транзистора при моделировании электрических параметров СВЧ транзисторных генераторов.

1.4. Уравнения модели транзистора, используемой при моделировании электрических характеристик СВЧ транзисторного генератора.

1.5. Выводы.

Глава вторая. Моделирование электрических характеристик СВЧ* транзисторного генератора с внутренней обратной связью.

2.1. Исходные положения моделирования электрических характеристик СВЧ генератора на биполярном трагзисторе.

2.2. Алгоритм моделирования электрических характеристик генератора при использовании метода последовательных приближений.

2.3. Моделирование работы генератора при изменении питающих напряжений.

2.4. Методика моделирования зависимости выходных параметров генератора от параметров его нагрузки.

2.5. Результаты моделирования работы генератора при изменении параметров нагрузки.

2.6. Колебательная система - фактор, ограничивающий интервалы изменения параметров режима генератора.

2.7. Выводы.

Глава третья. Моделирование электрических характеристик СВЧ транзисторного генератора с перестройкой частоты.

3.1. Исходные положения моделирования электрических характеристик СВЧ транзисторного генератора с перестройкой частоты.

3.2. Моделирование частотных зависимостей проводимости цепей на входе и выходе транзистора СВЧ генератора с перестройкой частоты с использованием нелинейной модели прибора.

3.3. Усовершенствование алгоритма моделирования электрических характеристик СВЧтенератора с перестройкой частоты.

3.4. Определение'величин параметров элементов колебательной системы для СВЧ транзисторного генератора с варакторной перестройкой частоты.

3.5. Алгоритм моделирования электрических характеристик СВЧ транзисторного генератора с варакторной перестройкой частоты.

3.6. Результаты моделирования электрических характеристик СВЧ генератора с варакторной перестройкой частоты на базе нелинейной модели транзистора.

3.6. Выводы.

Глава четвертая. Экспериментальная проверка результатов моделирования электрических характеристик СВЧ транзисторного генератора.

4.1. Экспериментальный макет генератора.

4.2. Результаты испытаний экспериментального макета генератора.

4.3. Выводы.

СВЧ транзисторные генераторы находят широкое применение в современной радиоэлектронной технике, что подтверждается выходом в 2007 году фундаментальной монографии [1]. Они используются как в аппаратуре в качестве: источника- СВЧ энергии фиксированной частоты, так и в аппаратуре,, в которой осуществляется перестройка генерируемой частоты; в определенном диапазоне. В таких генераторах применяются и биполярные и полевые транзисторы.

В; практике разработки транзисторных генераторов обычно используется моделирование. Это обусловлено тем; что изготовлению экспериментальных образцов предшествует этап схемотехнического проектирования, на котором -с использованием' математических моделей проводится анализ возможных вариантов конструкции ш выбирается вариант, подлежащий реализации. В" результате сокращаются материальные затраты на разработку и сроки ее проведения;

Сначаларазрабатывались транзисторные генераторы для низкочастотного и высокочастотного диапазонов, в обеспечение чего создавались математи-кие модели [2-6]; Такие генераторы строятся по трехточечной схеме, т.е при использовании внешней обратной связи, когда сигнал с выхода транзистора на его вход передается в обход прибора, а их схемы состоят из элементов; с сосредоточенными параметрами.

Пассивные элементы электрических цепей СВЧ транзисторных генераторов, как правило, выполняются на отрезках микрополосковой линии (МПЛ), которые формируют топологию устройства. При построении этих генераторов можно использовать не только внешнюю обратную связь, но и внутреннюю, когда часть выходной мощности транзистора на его вход поступает после прохожденшгчерез сам прибор [1].

В составе генератора транзисторы работают в нелинейном режиме. Поэтому наиболее полное описание работы генератора может дать только нелинейные модели прибора. В настоящее время имеется целая иерархия нелинейных математических моделей транзисторов [5], что позволяет использовать одну из них для решения конкретной задачи. Однако применение-моделей, созданных для генераторов низкочастотного и высокочастотного диапазонов, не всегда может дать должный эффект при моделировании СВЧ транзисторных генераторов. Для таких генераторов следует использовать модели, учитывающие специфику СВЧ диапазона.

Конструкция СВЧ транзисторных генераторов с внутренней обратной связью много проще, чем у генераторов с внешней обратной связью. Кроме того, электрическая длина внутренней обратной связи меньше длины внешней обратной связи. Последнее определяет целесообразность построения СВЧ транзисторных генераторов с перестройкой частоты с использованием внутренней обратной связи. Всем этим можно объяснить, что в настоящее время именно СВЧ генераторам с внутренней обратной связью уделяется основное внимание [7-12]. Однако для повышения эффективности применения моделирования при проектировании СВЧ генераторов, в том числе с перестройкой частоты, требуется проведение дальнейших работ по моделированию СВЧ транзисторных генераторов с внутренней обратной связью в следующих направлениях.

До последнего времени при моделировании СВЧ транзисторных генераторов определялись лишь значения параметров электрического режима работьъ транзистора и параметров электрических цепей, при которых достигаются требуемые выходные параметры устройства. Такой режим принято называть номинальным. Однако при серийном производстве и эксплуатации номинальный режим и условия его обеспечения не всегда могут быть выдержаны вследствие, например, погрешности при измерении величины напряжения источников постоянного питания или изменения параметров нагрузки. Поэтому на этапе проектирования необходимо проводить оценку работоспособности генератора и степени изменения его выходных параметров в режимах, отличающихся от номинального, что требует решения задачи анализа работы устройства при изменении параметров, определяющих его электрический режим. Решение такой задачи, которая ранее не рассматривалась, базируется на моделировании его электрических характеристик генератора.

При разработке СВЧ генераторов с перестройкой частоты, как правило, используется линейная модель транзистора, с помощью которой вырабаты-ются требования, предъявляемые к колебательной системе, обеспечивающие частотную перестройку [13-16]. Такой подход не позволяет определить уровень выходной мощности и характер ее изменения в диапазоне перестройки, а также прогнозировать возможные срывы работы генератора внутри этого диапазона. Следовательно, для наиболее полного отражения работы СВЧ генератора с перестройкой частоты и определения его электрических характеристик необходимо моделирование, использующее нелинейную модель транзистора, применяемого в устройстве.

Таким образом, продолжение работ по моделированию СВЧ транзисторных генераторов с внутренней обратной связью, обеспечивающему проведение анализа их электрических характеристик, является актуальным.

Целью настоящей диссертации является создания методик и алгоритмов моделирования электрических характеристик СВЧ генераторов с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе, предназначенных для работы как на фиксированной частоте, так с перестройкой частоты.

В работе решаются следующие задачи.

1. Определение принципов моделирования электрических характеристик СВЧ транзисторного генератора с внутренней обратной связью.

2. Разработка методик и алгоритмов моделирования электрических характеристик СВЧ генератора в внутренней обратной связью на биполярном транзисторе, работающем в недонапряженном режиме с отсечкой тока, позволяющего проводить анализ работы этого устройства при изменении питающего напряжения и параметров нагрузки.

3. Нахождение условий, ограничивающих работу СВЧ транзисторного генератора с внутренней обратной связью при изменении параметров нагрузки на его выходе.

4. Создание методики и алгоритма моделирования СВЧ транзисторного генератора с перестройкой частоты на базе нелинейной модели транзистора, обеспечивающего определение величины выходной мощности- и ее изменение пришерестройке частоты.

5: Экспериментальная проверка результатов моделирования.

При решении этих задач получен ряд новых результатов, из которых следует отметить.

1. Построена модель СВЧ генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе, обеспечивающая проведение расчета и анализа» его выходных параметров при изменении параметров электрического режима.

2. Разработаны методики и алгоритмы расчета электрических характеристик, СВЧ генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе, позволяющие определить зависимости выходных параметров, в том числе генерируемой частоты, от величин параметров элементов цепи постоянного тока и нагрузки.на выходе устройства.

3. Показано, что при увеличении модуля коэффициента отражения'нагруз-ки на выходе СВЧ транзисторного генератора с внутренней обратной связью увеличивается ( интервал изменения генерируемой частоты при изменении фазы этого коэффициента, а увеличение добротности колебательной системы сопровождается уменьшением интервала изменения частоты при изменении как питающего напряжения, так и фазы, коэффициента отражения нагрузки ( при фиксированном значении модуля этого коэффициента).

4. Разработаны методика и алгоритм моделирования СВЧ генератора с перестройкой частоты на биполярном транзисторе, позволяющего определять границы диапазона перестройки, а также уровень выходной мощности и ее изменение при перестройке частоты.

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обосновывается применением методов моделирования и расчетов, апробированных в современной технике СВЧ, соответствием применяемого математического аппарата классу задач, решаемых теорией электрических цепей, экспериментальным подтверждением результатов проведенного моделирования.

На защиту выносятся следующие положение и результаты:

1. Методики и алгоритмы моделирования, электрических характеристик СВЧ- генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе, работающем в недонапряженном режиме с отсечкой тока, обеспечивающие проведение анализа его работы при изменении параметров элементов цепей постоянного тока и нагрузки на его выходе.

2. Методика решения« задачи расчета выходных параметров СВЧ» транзисторного генератора с внутренней обратной связью^ в которой определяемым является один из параметров электрического режима устройства (например, напряжение источника постоянного питания или проводимость нагрузки на выходе устройства), а задаваемым — генерируемая частота.

3. Результаты анализа зависимостей выходных параметров СВЧ генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе от величин питающих напряжений и параметров нагрузки на выходе устройства.

4. Алгоритм расчета электрических характеристик СВЧ генератора1 на биполярном транзисторе с варакторной перестройкой частоты, позволяющий прогнозировать ширину диапазоне перестройки, выработать требования, предъявляемые к колебательной системе и цепи на выходе транзистора, при которых обеспечивается этот диапазон перестройки частоты, а также определить уровень выходной мощности и ее изменение при перестройке частоты.

Практическую значимость имеют: - разработанные алгоритмы расчета зависимости величин выходных параметров СВЧ генераторах внутренней обратной связью на биполярном транзисторе от напряжений источников постоянного питания, который необходимо проводить на этапе схемотехнического проектирования для оценки работоспособности таких устройств при напряжениях этих источников, отличающихся от номинальных;

- результаты анализа зависимости выходных параметров СВЧ генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе от параметров цепи на его выходе, позволяющие выработать требования, предъявляемые к выходной ферритовой развязке, используемой в этом устройстве.

- разработанная методика расчета электрических характеристик СВЧ генератора с перестройкой частоты на биполярном транзисторе, позволяющая определять ширину диапазона перестройки и величину выходной мощности, которая может быть использована при проектировании таких устройств.

Материалы, изложенные в диссертации, докладывались на международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов 2008 и 2010 гг. и Новосибирск 2010 г.) и научно-технической конференции «Электроника и вакуумная техника: приборы и устройства, технология и материалы» (Саратов 2009 г.) По материалам диссертации опубликовано 14 работ, из них 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

4:3. Выводы

1. Рассмотрены особенности конструкции экспериментального макета СВЧ генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе 2Т948Б, используемого для проведения оценки применимости предложенных методов и алгоритмов моделирования к расчету электрических характеристик таких устройств. Дается описание испытательного стенда, на котором проводились измерения выходных параметров экспериментального макета генератора, и методики их измерений.

2. Описана схема постоянного питания экспериментального макета генератора, при которой к эмиттеру и коллектору транзистора, включенного по схеме с общей базой, напряжение подводится от одного источника. Эта схема позволяет осуществить проверку соответствия результатов моделирования,, полученных в параграфе 2.3.

3. Проведено сравнение результатов моделирования и эксперимента. Поскольку экспериментальные данные получены на генераторе, построенном на другом типе биполярного транзистора, нежели используемого при расчете, сравнение проводится при нормировании расчетных и экспериментальных значений параметров к значениям соответствующих параметров в номинальном- режиме каждого из генераторов. Такое сравнение позволяет говорить о качественном соответствии расчетных и экспериментальных данных.

4. Показано, что результаты моделирования правильно передают ход экспериментальных зависимостей изменения генерируемой частоты, выходной мощности генератора и постоянного эмиттерного тока транзистора от питаю-щеего напряжения. Это позволяет рекомендовать использование предлагаемых методов и алгоритмов моделирования электрических характеристик СВЧ генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе для решения задач анализа работы таких устройств при их проектировании.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Обоснована необходимость моделирования электрических характеристик СВЧ транзисторного генератора. Такое моделирование должно проводиться при схемотехническом проектировании генератора с целью оценки его работоспособности в режимах, отличающихся от номинального, что имеет место в условиях серийного производства и эксплуатации:

2: Выработаны принципы моделирования СВЧ транзисторного генератора с внутренней обратной связью, позволяющие проводить расчет и анализ. его-электрических характеристик. В их основу положено эквивалентное представление генератора в виде параллельно включенных активного и пассивного двухполюсников. Для учета изменения генерируемой частоты при изменении электрического1 режима работы генератора в систему уравнений вводятся соотношения, отражающие частотные свойства колебательной системы и зависимость проводимости цепи на выходе транзистора от параметров нагрузки на выходе генератора.

3'. Выбран в качестве объекта моделирования СВЧ генератор с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе, работающем1, в недонапря-женном режиме с отсечкой тока. Моделирование проводится с использованием- кусочно-квазилинейной модели биполярного транзистора, отражающей основные нелинейные его свойства при работе в таком режиме.

4. Разработан алгоритм моделирования электрических характеристик СВЧ генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе, построенный на базе методики последовательных приближений. В качестве исходных данных предложено использовать значения параметров в номинальном режиме, что существенно сокращает число вариантов при поиске режимов, в которых генератор работоспособен, и обеспечивает быструю сходимость результатов расчета.

5. Проведен анализ зависимости генерируемой частоты, выходной мощности СВЧ генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе и постоянного эмиттерного тока этого прибора, работающего в его составе, от напряжения, подаваемого к его коллектору и эмиттеру от одного источника. Определена величина электронного смещения частоты. Показано, что значение этого параметра уменьшается при увеличении добротности колебательной системы, в то время как величины выходной мощности генератора и постоянного эмиттерного тока транзистора практически не зависят от ее добротности.

6. Предложен и реализован подход к моделированию электрических характеристик СВЧ транзисторного генератора с внутренней обратной связью, согласно« которому определяемым является один из параметров электрического режима устройства (например, напряжение источников постоянного питания или проводимость нагрузки), а задаваемым параметром - генерируемая частота. Он оказался весьма эффективным при анализе работы СВЧ генератора при изменении параметров нагрузки на его выходе.

7. Разработан алгоритм моделирования зависимости значений выходной мощности и генерируемой частоты от модуля коэффициента'отражения нагрузки при заданной топологии выходного трансформатора связи. Показано, что от его топологии зависит величина модуля коэффициента отражения на выходе генератора, меньше которого не всегда возможна работа устройства, а при увеличении модуля коэффициента отражения увеличивается интервал изменения генерируемой частот при изменении фазы этого коэффициента. Также показано, что этот интервал изменения генерируемой частоты уменьшается при увеличении добротности колебательной системы.

8. Разработана методика моделирования электрических характеристик СВЧ генератора на биполярном транзисторе с перестройкой частоты на базе нелинейной модели этого прибора. Такое моделирование позволяет, кроме диапазона перестройки частоты, а также частотных зависимостей проводимости колебательной системы и проводимости цепи на выходе транзистора, при которых обеспечивается перестройка частоты в этом диапазоне, определить частотные зависимости выходной мощности и постоянного эмиттерного тока транзистора в диапазоне перестройки. Особенностью методики является то, что на первых этапах определяются структура и значения параметров элементов колебательной системы, что позволяет провести оценку возможности ее практической реализации.

9. Предложен и реализован алгоритм моделирования электрических характеристик СВЧ генератора на биполярном транзисторе с варакторной перестройкой частоты, с использованием которого можно прогнозировать зависимость генерируемой частоты от напряжения, подводимого к варактору. Алгоритм предполагает использование задаваемого соответствия между величинами емкости варактора и частоты, которое, как показано, может корректироваться в процессе моделирования, в частности, с целью увеличения диапазона перестройки.

10. Представлены результаты измерений экспериментального образца СВЧ генератора с внутренней обратной связью, в котором используется биполярный транзистор. Получены экспериментальные зависимости генерируемой частоты, выходной мощности, а также постоянного эмиттерного тока транзистора от напряжения источника постоянного питания. Проведенное сравнение показало, что зависимости этих параметров от подводимого напряжения, полученные в результате моделирования, находятся в соответствии с экспериментальными данными.

1. Grebennikov A. RF and Microwave Transistor Oscillator Design./A. Gre-bennikov/. 2007. John Wiley and Sons. Ltd. P.437.

2. Челноков О.Л. Транзисторные генераторы синусоидальных колебаний. /О.Л. Челноков/. М.: Сов. радио. 1972. 272 с.

3. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ. /Под под под Уткина Г.М/. М.: Сов. радио. 1979. 320 с.

4. Богачев В.М. Транзисторные генераторы и автодины. /В.М. Богачев, В .Г. Лысенко, С.М. Смоленский/. М.: Изд. МЭИ. 1993.

5. Аблин А.Н. Транзисторные и варакторные устройства. /А.Н. Аблин, Л.Я. Могилевская, Ю.Л. Хотунцев/. Радио и связь. 1995. 158 с.

6. Балыко А.К. Проектирование автогенераторов на полевых транзисторах. 4.1. Модель автогенератора- и методика его проектирования. /А.К. Балыко, Я.Б. Мартынов, А.С. Тагер/. Электронная техника: сер.1. Электроника СВЧ. 1988. Вып.1. С. 29-33.

7. Фартушнов С.А. Схемотехническое проектирование и моделирование СВЧ генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе. /С. А. Фартушнов/. Канд. диссертация. СГТУ. Саратов. 1998.

8. Grebennikov А. V. Microwave Transistor Oscillator. An Analitic Appeach to Simplify Computer-aided Design. /А. V. Grebennikov/. Microwave Journal. Vol.42. 1999. №5. Pp. 292-300.

9. Grebennikov A. V. Microwave FET Oscillator. An Analytic Appeach to Simplify Computer-aided Design. /А. V. Grebennikov/. Microwave Journal Vol. 43. 2000. №4. Pp. 100-110.

10. Фартушнов С. А. Обеспечение устойчивости стационарного режима СВЧ генератора на биполярно м транзисторе. /С.А. Фартушнов, М. А. Фурса-ев/. Электронная техника. Сер.1. 2001. Вып.2. С. 22-26.

11. Горбачев Д. М. Обеспечение устойчивости СВЧ генератора на биполярном транзисторе, работающем в режиме с отсечкой тока. /Д. М. Горбачев, М.А. Фурсаев/. Вестник СГТУ. Саратов. 2008. №1. Вып.2. С. 255-260.

12. Горбачев Д. М. Математическое моделирование СВЧ генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе. /Д. М. Горбачев/. Канд. диссертация. СГТУ. Саратов. 2009.

13. Kitchen J. Octave Bandwidth Varactor-tuned Oscillator. /J Kitchen/. Microwave Journal: Vol.30. №5. 1987. Pp. 347-353.

14. Vidwar A.M. Wideband Varactor-tuned Microsteip VCO. /A.M. Vidwar/. Microwave Journal: Vol. 42. №6. 1999. Pp. 80-86.

15. Jwo-Shinn Sun. Design and Analyses of Varactor-tuned Oscillators. /Sun Jwo-Shinn/. Microwave Journal: Vol. 42. 1999. №5. Pp. 302-310.

16. Tamrn P.U. YIG-Tuned Oscillator Have Application. /P.U. Tamm/. Microwave System News. 1979. №7. P.E3-E8.

17. Браун В. Платинотрон (амплитрон и стабилотрон) /В. Браун/. В кн. Электронные сверхвысокочастотные приборы со скрещенными полями. Т.2. Пер. с англ. М.: Изд. ИЛ. 1961. С.155.

18. Коллинз Дж. Магнетроны сантиметрового диапазона. (Пер. с анг. Под ред. С.А. Зусмановского). T.l. М.: Сов.радио. 1950.

19. Бычков С.И. Вопросы теории и практического применения приборов магнетронного типа. /С.И. Бычков/. М.: Сов. радио. 1967.

20. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. /И.В. Лебедев/. М.: Высшая школа. Т. 2 1972. 616 С.

21. Odyniec М. Oscillator Stability Analyses. /М. Odyniec/. Microwave Journal: Vol.42:1999: №6. Pp. 66-76.

22. Березин B.M. Электронные приборы СВЧ. /В.М. Березин, B.C. Буряк, Э.М. Гутцайт, В.П. Марин/. М.: Высшая школа. 1986. 296 с.

23. Хотунцев Ю.Л. Синхронизированные генераторы и автодины на полупроводниковых приборах. /Ю.Л. Хотунцев, Д.Я. Тамарчук/. М.: Радио и связь. 1982. 240 с.

24. Богачев В.М. Транзисторные усилители мощности. /В.М. Богачев, В.В. Никифоров/. М.: Энергия. 1978. 343 с.

25. Зырин С.С. Применение базовой модели биполярного транзистора для расчета СВЧ автогенераторов и усилителей. /С.С. Зырин/. Электронная техника, Сер.1. Электроника СВЧ. 1989. Вып.З. С. 33-37.

26. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. ЯО.С. Забродин/. М.: Высшая школа. 1982. 496 с.

27. Полупроводниковые приборы СВЧ. Под. Ред. М. Хоуса, Д. Моргана. М.: Мир. 19791 444 с.

28. Горбачев Д.М. Обеспечение условий работы биполярного транзистора в составе СВЧ генератора с внутренней обратной связью. /Д.М. Горбачев, Е.В. Мазеев, М.А. Фурсаев/. Техническая электродинамика и электроника. Сб. науч. трудов. Саратов. 2009. С.10-13.

29. Горбачев Д.М. Решение задач проектирования» СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе. /Д.М. Горбачев, Е.В. Мазеев, М.А. Фурсаев/. Радиотехника. 2011. №1. С.42-46.

30. Фурсаев М.А. Расчет электрических характеристик СВЧ усилителя мощности на биполярном транзисторе. /М.А. Фурсаев/. Электронная техника. Сер.1. СВЧ техника. 1994. Вып.2. С. 22-26.

31. Горбачев Д.М. Развитие кусочно-квазилинейной модели биполярного транзистора. /Д.М. Горбачев, М.А. Фурсаев/. Вестник СГТУ. Саратов. 1008. №1. Вып.1. С74-80.

32. Анализ и расчет интегральных схем. /Под. Ред. Д.Линна, Ч. Мейера, Д. Гамильтона/. Т.1. -М.: Мир. 1969. 372 с.

33. Пасынков И.И. Полупроводниковые приборы. /И.И. Пасынков, Л.К. Чиркин/. -М.: Высшая школа. 1986. 479 с.

34. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. 4.1. Линейные электрические цепи. /Г.И. Атабеков/. М.: Энергия 1970. 592 с.

35. Зевеке Г.В. Основы теории цепей./Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, A.B. Нетушил, C.B. Страхов/. М.: Энергоатомиздат. 1989. 528 с.

36. Мазеев Е.В: Анализ работы, СВЧ транзисторного генератора при изменении питающего напряжения. /Е.В. Мазеев, Б.К. Сивяков, М.А. Фурсаев/. Электронная техника. Сер.1. СВЧ техника. 2011. Вып.2.

37. Мазеев Е.В. Расчет зависимости параметров СВЧ транзисторного генератора от питающего напряжения. /Е.В. Мазеев, М.А. Фурсаев/. Актуальные проблемы электронного приборостроения. Матер, межд. науч.-техн конф. Т.4. Новосибирск. 2010: С. 192-195.

38. Мазеев Е.В. Анализ работы СВЧ транзисторного генератора при изменении параметров нагрузки. /Е.В. Мазеев, Б.К. Сивяков, М.А. Фурсаев/. Ак-тульные проблемы электронного приборостроения. Матер, межд. науч.-техн. конф: Саратов: 2010. С.55-59.

39. Мазеев Е.В. Анализ работы СВЧ транзисторного генератора при изменении параметров нагрузки. /Е.В. Мазеев, Б.К. Сивяков, М.А. Фурсаев/. Вестник СГТУ. 2011. №2. /в печати/.

40. Мазеев Е.В. Ограничение режимов работы СВЧ транзисторного генератора, обусловленное колебательной системой. /Е.В. Мазеев, М.А. Фурсаев/.

41. Техническая термодинамика и электроника. Сб. науч. трудов. СГТУ. Саратов. 2010. С. 17-21.

42. Савельев B.C. Генераторы на транзисторах СВЧ-диапазона. /B.C. Савельев/. Обзоры по ЭТ. Сер. Электроника СВЧ. М.: ЦНИИ Электроника. 1981. Вып.З. 15 с.

43. Hamilton S. Microwave Oscillator Circuits. /S. Hamilton/. Microwave J. 1978. №4. P.63-66.

44. Мазеев E.B. Определение пассивных элементов СВЧ'транзисторного генератора с перестройкой частоты. /Е.В. Мазеев, М.А. Фурсаев/. Вестник СГТУ. Саратов. 2010. №2(45). С.193-196.

45. Мазеев Е.В. Расчет колебательной системы СВЧ транзисторного гене-нератора с варакторной перестройкой частоты. /Мазеев Е.В./. Техническая электродинамика и электроника. Сб. науч. трудов. СГТУ. Саратов. 2010. С.31-34.

46. Мазеев Е.В. Алгоритмы решения задач проектирования СВЧ генератора на биполярном транзисторе. /Е.В. Мазеев/. Техническая электродинамика и электроника. Сб. науч. трудов. СГТУ. Саратов. 2009. С.136-141.

47. Справочник по расчету и конструированию СВЧ-полосковых устройств. /С.И. Бахарев, В.И. Вольман, Ю.Н. Лав и др/. М.: Радио и связь. 1982. 592 с.

48. Гупта К. Машинное проектирование СВЧ-устройств. /К. Гупта, Р. Гардж, Р.Чадха/. Mi: Радио и связь. 1987. 432 с.

49. Мазеев Е.В. Экспериментальная проверка результатов анализа работы СВЧ транзисторного генератора при изменении питающего напряжения. /Е.В. Мазеев, В.Ю. Позняков/. Техническая электродинамика и электроника. Сб. науч. трудов. СГТУ. Саратов. 2010. С.27-30.