Электронные цепи СВЧ (конспект) (стр. 10 из 17)

Условия нормировки

и те же, что и для волн сигнала.

Однако, внутренние источники шума описываются, как правило, средними квадратами шумового тока

– формула Найквиста. Поэтому, прежде чем перейти к волновым шумовым параметрам четырехполюсник представляется в виде нешумящего четырехполюсника с эквивалентными источниками шумового тока на входе и выходе.

В формуле Найквиста

– константа Больцмана, – температура окружающей среды, – полоса частот для расчета источника шума (выбирается ), – проводимость шумящего элемента – это, как правило, омические области, а источник шума описывает шумы тепловой природы.

3.7. Волновые шумовые параметры.

Система уравнений с шумовыми источниками:

где

Локальные шумовые источники пересчитываются на вход и на выход по формулам для

в общем случае как для проходной системы со многими входами (для линейных систем справедлив принцип суперпозиции). Причем и являются коррелированными источниками.

1. Шумовые

–параметры.

Тогда волновые шумовые параметры (

–параметры) определяются по формулам (где – волновое сопротивление подводящих линий передачи).

при

при

при

причем

(черта указывает на усреднение, а – на комплексно-сопряженную величину).

– спектральные плотности мощности шума на входе и выходе четырехполюсника,

– взаимные спектральные мощности шума.

Волновые параметры могут быть рассчитаны и через шумовые волны, представленные источниками напряжения:

; ; .

2. Шумовые

– параметры.

Нормированная матрица спектральных плотностей мощности шумов для шумовых волн

и :

Данные шумовые волны связаны с уже рассмотренными соотношениями:

;

;

4. Модели компонентов цепей СВЧ.

4.1. Особенности схемных моделей активных компонентов на СВЧ.

Рассмотрим особенности схемных моделей на примере моделей арсенидгалиевых полевых транзисторов.

Схемная модель позволяет, при известных ее параметрах, рассчитать выходные сигнальные и шумовые характеристики.

1. Простейшая схемная модель:

1. На ВЧ.

– входная емкость; – проходная емкость; – выходная емкость; – индуктивности выводов.

Чаще всего используются схемные модели с сосредоточенными параметрами, которые определяются по физико-топологической модели (содержащей уравнения Пуассона, уравнение непрерывности тока, уравнения движения, уравнения сохранения импульса и энергии).

1. На СВЧ и КВЧ.

При этом размеры компонентов малы и необходимо учитывать субмикронные эффекты:

· эффект всплеска дрейфовой скорости;

· квазибаллистический эффект (эффект короткого канала);

· шунтирующее влияние подложки;

· пролетный эффект (эффект запаздывания фазы сигнала);

· распределенный характер (волновые процессы) затворной линии – эффект третьего измерения.

4.2. Анализ физических процессов в субмикронном ПТШ.

Область сильного электрического поля в субмикронных ПТШ локализуется у стокового края затвора. Процессы накопления носителей заряда связаны с разогревом и междолинным переносом, сужением проводящего канала. Доля энергичных носителей, перешедших в подложку и потерявших часть энергии увеличивается по мере перекрытия канала. При этом вероятность междолинного рассеяния уменьшается, что приводит к уменьшению в среднем температуры электронного газа и к ослаблению междолинного шума.

4.3. Схемная модель субмикронного полевого транзистора.

– индуктивности контактов;

– зависимый источник, управляемый напряжением на емкости ;

– сопротивления омических контактов затвора, истока, стока;

– входная, проходная, выходная емкости (активной области);

– проводимость подложки.

Малосигнальными параметрами являются:

.