Электронные цепи СВЧ (конспект) (стр. 14 из 17)

4. Дисковый резонатор.

Чем больше радиус диска, тем более высокие типы колебаний возбуждается.

, – функция Бесселя n-го порядка.

Зазор

(см. 4) выбирается таким, чтобы с одной стороны не искажалось поле резонатора, а с другой – обеспечивалась необходимая величина связи.

Объемные резонаторы – диски из диэлектрика или феррита. Принцип действия основан (стержень, сфера, параллелепипед) на явлении полного внутреннего отражения от границы раздела диэлектрик-воздух.

Большое

и малое . Недостатки: 1. Необходимость экранирования; 2. чувствительны к колебанию температуры.

Ферритовые – могут быть перестраиваемыми при изменении поля подмагничивания.

4.14. Фильтры ИС СВЧ

В качестве базовых элементов в фильтрах используются МПЛ, которые в отличие от прямоугольного волновода не имеют нижней частоты отсечки (течет и постоянный ток).

1. ФНЧ используются в схемах детекторов, смесителей, в цепях питания.

ФНЧ с распределенными параметрами:

Отрезки линии с высоким волновым сопротивлением

эквивалентны последовательной индуктивности, а чередующиеся с ними отрезки с низким – параллельные емкости.

ФНЧ с сосредоточенными параметрами:

Рассмотреть пример расчета фильтра (см. Фуско).

2. ФВЧ

На короткозамкнутых отрезках линий реализуется индуктивный элемент

3. Полосовые фильтры.

а). ПФ на линии с зазорами.

Полосовые фильтры могут быть реализованы на основе микрополосковых резонаторов, связанных между собой определенным образом. Расстояние между центрами зазоров равно

, а величина зазора определяет полосу пропускания фильтра (чем меньше зазор, тем сильнее резонаторы связаны и шире полоса пропускания). Из-за технических трудностей: 1. реализация малых , ; 2. Длина фильтра получается большой.

Увеличение количества резонаторов расширяет полосу пропускания.

б). Более компактная конструкция ПФ со связью полуволновых полосковых резонаторов через боковые поверхности

Общий недостаток ПФ на связанных резонаторах – чувствительность к техническим допускам (

) уход центральной частоты фильтра. (при этом изменяется ).

Затухание фильтра в полосе пропускания тем меньше, чем выше собственная добротность и чем меньше число звеньев и выше собственная добротность резонаторов.

в). ПФ на встречных стержнях (четвертьволновых резонаторах).

1. Имеют малые геометрические размеры

2. Широкую полосу пропускания –

до 60%.

Недостаток: необходимость обеспечения короткого замыкания.

Применяются также высокодобротные (емкость на порядок выше чем у печатных) объемные диэлектрические резонаторы, что позволяет получать более узкие

.

Дисковый последовательно включенный резонатор:

Используются также полосовые фильтры на поверхностно акустических волнах (ПАВ). При распространении ПАВ вдоль поверхности кристаллических твердых тел эти волны имеют малые потери. Кроме того, ПАВ могут быть недисперсионными.

Пьезопреобразователь от которого распространяются ПАВ. Штыревая структура располагается на поверхности пьезоподложки (например, кварцевой). Данная структура создает электрическое поле, которое за счет пьезоэффекта вызывает упругие деформации, распространяющиеся от преобразователя в виде ПАВ.

5. Малошумящие цепи СВЧ.

5.1. Источники шума в субмикронных ПТШ.

В термодинамическом равновесии спектральная плотность шума описывается соотношением Найквиста. При этом справедливо соотношение Эйнштейна

. Соотношение Эйнштейна, в свою очередь, выполняется, когда электроны имеют распределение Максвелла.

В сильных электрических полях проявляются эффекты разогрева и значение пробретает так называемый диффузионный шум, т.е. шум, обусловленный рассеянием носителей.

Спектральная плотность теплового шума, связанная с флуктуациями скорости (коэффициента диффузии), описывается соотношением:

, где

– сопротивление ячейки .

1. Шум канала полевого транзистора:

,

где

– коэффициент, учитывающий нетепловую природу шума канала – (в сильных электрических полях увеличивает вклад шума канала за счет уменьшения подвижности электронов), – температура электронного газа.

2. Шумы областей, находящихся в термодинамическом равновесии – омических контактов (истока, стока, затвора) описываются соотношением Найквиста.

3. Шум, наведенный на затворе связан с тем, что на высоких частотах флуктуации тока приводят за счет емкостной связи с затвором к флуктуациям наведенного тока затвора. (частотно-зависимый шум).

,

где

– коэффициент (близкий к 1) и зависящий от потенциала на электродах транзистора.

Этот источник коррелирован с источником

. Степень корреляции определяется по формуле:

, откуда

4. В короткоканальных (субмикронных) транзисторах необходимо учитывать шум токораспределения между каналом и подложкой. Шум токораспределения связан со случайным характером распределения тока между двумя цепями. По аналогии с ламповым тетродом:

, где – ток стока, составляющие канала и подложки.