Шуми в підсилювачах з MESFET- та HEMT-структурами і методи їх зниження - Автореферат

Харківський національний університет імені В.Н. Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наукНауковий керівник: член-кореспондент НАН України, доктор фізико-математичних наук, професор Шульга Валерій Михайлович, Радіоастрономічний інститут НАН України, заступник директора з наукової роботи (м. Офіційні опоненти: - доктор фізико-математичних наук, професор Прохоров Едуард Дмитрович, Харківський національний університет ім. Захист відбудеться "11" лютого 2005 р. о 14-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.051.02 Харківського національного університету ім. З дисертацією можна ознайомитись у Центральній науковій бібліотеці Харківського національного університету ім. При рассмотрении системы транзистор - входная согласующая цепь выявлен новый механизм роста шумовой температуры - скрытое рассогласование, порождаемое трансформирующими свойствами спиральных индуктивных структур с сильной электромагнитной связью.На частотах, орієнтовно, від 0,1 до 250 ГГЦ, особливу увагу фахівців привертають найбільш перспективні активні елементи підсилювачів - арсенідгаллієві (MESFET) і гетероструктурні (із високою рухливістю електронів, HEMT) польові транзистори. У дециметровому (дм) діапазоні ситуація відрізняється: на фоні зростання якості активних елементів помітно відстають шумові характеристики підсилювальних пристроїв. Так, мінімальна власна шумова температура (Tmin) існуючих PHEMT (псевдоморфних HEMT) у дм діапазоні становить 7-12 К навіть без охолодження і, по аналогії із см діапазоном, у середині дм діапазону слід було б очікувати шумової температури підсилювачів (Tn) близько 10-15 К. Слід зазначити, що пошукові роботи відповідної тематики переважно відносяться до частот вище 3 ГГЦ (см, мм діапазони), проте цілий ряд питань, важливих в усіх діапазонах довжин хвиль, саме у дециметровому діапазоні набувають особливого значення. Для цього вирішувалися наступні задачі: побудова шумової моделі польового транзистора із залученням мінімальної кількості феноменологічних параметрів; визначення головних умов отримання мінімальної шумової температури у широкосмуговому режимі; створення процедури оптимального відбору транзисторних структур; розробка методики ідентифікації джерел наднизькорівневих (біля 1 градуса) шумів пасивних елементів сигнального кола та дослідження можливості їх зниження; відбір та обґрунтування способу адекватного опису високоімпедансних елементів кола узгодження; розробка методів забезпечення стійкості, що не завдають шкоди шумовим характеристикам; створення надмалошумких підсилювальних пристроїв, які демонструють практичну ефективність розвинутого підходу у цілому.У першому розділі надається аналітичний огляд існуючих підходів до розрахунку шумових характеристик сучасних польових транзисторів і підсилювачів на надвисоких частотах. Другий розділ "Феноменологічний підхід до опису шумів польового транзистора на основі узагальнених параметрів транзисторної структури" присвячено розробці вдосконаленої шумової моделі польового транзистора й методики розрахунку надмалошумких підсилювачів. Далі, зважаючи на зроблені у першому розділі висновки (зокрема, про можливість відмови від кореляційних параметрів, про теплову природу шумів зони витік-заслін тощо) і, беручи за відправну точку резисторно-температурну модель, знаходяться аналітичні вирази для 4-х стандартних базових шумових параметрів (Tmin, Gn, REZOPT, IMZOPT) в уявленні довільного активного чотириполюсника при імпедансній формі шумового рівняння: , , (1) де Tn - шумова температура транзистора, К; T0=290 K; Z - імпеданс джерела сигналу; Zopt - оптимальний імпеданс джерела сигналу (при Tn= Tmin); Tmin - мінімальна температура шумів транзистора (при Z=Zopt), К; Gn - шумова провідність, См; w - циклічна частота, Tph - фізична температура транзисторної структури, К. Базові шумові параметри Tmin, Gn, Zopt визначено через "зовнішні" параметри транзисторної структури, що вимірюються безпосередньо: ємність витік-заслін Cgs, добротність входу транзистора Qin, фізичну температуру напівпровідникової структури Tph. У тексті дисертації подано більш обємний матеріал щодо верифікації, доповнений розглядом якісних залежностей шумових параметрів (включно шумовий опір та шумовий інваріант Ланге) від найважливіших чинників - температури, ємності заслона, Ф-параметра тощо.Для досягнення кінцевого практичного результату - суттєвого зниження шумів підсилювачів завдяки максимально вичерпній реалізації потенційних можливостей MESFET і HEMT - методами теоретичного та експериментального дослідження було вирішено ряд науково-практичних задач і отримано наступні результати. ·Побудовано феноменологічну шумову модель транзистора і відповідну методику розрахунку малошумких підсилювачів у дм діапазоні довжин електромагнітних хвиль із застосуванням оптимального декременту джерела сигналу (Ф) як параметра, що характеризує великі структурно-технологічні класи транзисторів (Ф=0,3-0,4 для MESFET, Ф=0,5-0,6 для HE

Основний зміст роботи