Генераторный модуль

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в СВЧ- и КВЧ-диапазонах в качестве источника сигнала в РЭА различного назначения. Цель изобретения - повышение частотного диапазона работы генераторного модуля при одновременном уменьшении потерь мощности и улучшении спектральных характеристик выходного сигнала, а также повышение мощности выходного сигнала и расширение диапазона электрической перестройки частоты. Для этого генераторный модуль выполнен на полупроводниковой пластине 1, в которой образованы мезаструктуры диода 2 с отрицательным сопротивлением и варикапа 3, и обкладки 5-7 квазисосредоточенных конденсаторов, а на поверхности полупроводниковой пластины 1 размещены отрезки проводников 9, 11 и 12, выполняющих функции соединителей. 2 з.п. ф-лы, 16 ил.

СОКИ СОВЕТСКИХ соцИАлистических

РЕСПУБЛИК

09) (ll) (51)5 Н 03 В 7/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

18 га

)Ч

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬП ИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4615021/24-09 (22) 02.12.88 (46) 07.10.90. Бюл. 1| - 37 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великсй Октябрьской социалистической революции (72) С.Ф.Каштанов (53) 621.373(088.8) (56) Патент СНА N - 4. 329.663, кл. Н 03 В 9/12, опублик. 1982.

Патент СЛА ¹ 3. 984. 787, кл. Н 03 В 7/14, опублик. 1977. (54) ГЕНЕРАТОРНЬЙ МОДУЛЬ (57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в СВЧ- и КВЧ-диапазонах в качестве источника сигнала в Р3А различного

2 назначения. Цель изобретения — повышение частотного диапазона работы генераторного модуля при одновременном уменьшении потерь мощности и улучшении спектральных характеристик выходного сигнала, а также повышение мощности выходного сигнала и расширение диапазона электрической перестройки частоты. Для этого генераторньп| модуль выполнен на полупроводни— ковой пластине 1, в.которой образованы меза-структуры диода 2 с отрицательным сопрот;|влением и варикапа 3, и обкладки 5-7 квазисосредоточенных конденсаторов, а на поверхности полупроводниковой пластины 1 раз-.мещены отрезки проводников 9, 11 и

12, выполняющих функции соединителей. 2 з.п. ф-лы, 16 ил.

7 16 1 17 !О У

Б С:

1598105

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в области СВЧ и КВЧ в качестве источника сигнала в радиоэлектронной аппара5 туре различного функционального назначения.

Цель изобретения — повьппение частотного диапазона работы генераторного модуля, при одновременном уменьшении потерь мощности и улучшении спектральных характеристик выходного сигнала.

На фиг ° 1 изображен генераторный модуль; на фиг.2 — разрез А-А нафиг.1 15 на фиг.Э вЂ” разрез Б-Б на фиг.1; на фиг. 4 — г енер атор ный модуль с повышенным уровнем выходной мощности; на фиг.5 — разрез В-В на фиг.4;на фиг.6— разрез Г-Г на фиг.4; на фиг.7 — гене- щ раторный модуль с расширенным диапазоном электрической перестройкой частоты;на фиг.8 — разрез Д-Д на фиг.7; на фиг.9 — схема подключения генераторного модуля; на фиг.10 — разрез . 25

Е-Е на фиг.9; на фиг. 11 — схема подключения геиераторного модуля к диэлектрическому волноводу; на фиг.12 разрез W-Ж на фиг. 11; на фиг.13схема подключения генераторного моду- Эр ля к щелевой линии; на фиг.14 — разрез 3-8 на фиг.13; на фиг.15 — схема подключения генераторного модуля к прямоугольному волноводу; на фиг.16 разрез И-И на фиг.15.

Генераторный модуль содержит полупроводниковую пластину 1, имеющую толщину, равную высоте выполненных в ней меза-структур диода 2 с отрицательным сопротивлением и варикапа 3; 40 на внутренней поверхности полупроводниковой пластины 1, обращенной к металлической подложке 4, расположены первые электроды диода с отрицательным сопротивлением 2 и варикапа 3 . 45 и в углублениях в металлической подложке 4 выполнены первые обкладки первого, второго и третьего квазисосредоточенных конденсаторов (пунктирные линии на фиг. 1 ), у которых вторые обкладки 5-7 расположены на внутренней поверхности полупроводниковой пластины 1 и изолированы от первых обкладок изолирующим зазором

8, первый электрод диода ? с отрицательным сопротивлением, соединенный с металлической подложкой 4, и второй электрод, соединенный с первым концом первого отрезка 9 проводника, который размещен на внешней поверхности полупроводниковой пластины 1 исоединен вторым своим концом через первое отверстие 10, выполненное в полупроводниковой пластине 1, с второй обкладкой 7 третьего квазисосредоточенного конденсатора, первый электрод варикапа 3, соединенный с второй обкладкой 5 первого квазисосредоточенного конденсатора, и второй электрод варикапа 3, соединенный с первыми концами второго 11 и третьего 12 отрезков проводников, которые размещены на внешней поверхности полупроводниковой пластины 1 и соединены своими вторыми концами через второе отверстие 13 и четвертое от— верстие 14, выполненные в полупроводниковой пластине 1, соответственно с второй обкладкой 7 третьего квазисосредоточенного конденсатора и второй обкладкой 6 второго квазисосредоточенного конденсатора, отверстие 15 (штрихпунктирная линия на фиг. 1), выполненное в металлической подложке 4, первую контактную площадку 16, размещенную на внешней поверхности полупроводниковой пластины

1, которая соединена через третье отверстие 17, выполненное в полупроводниковой пластине 1, с второй обкладкой 7 третьего тонкопленочного конденсатора, а также вторую 18 и третью 19 контактные площадки для подключения питания, размещенные на внешней поверхности диэлектрической пластины, которые через пятое 20 и шестое 21 отверстия соединены с вторыми обкладками 5 и 6 первого и второго квазисосредоточенных конденсаторов соответственно. Изолирующий диэлектрический слой выполнен, например, методами ЕР1С технологии в полупроводниковой пластине 1 вокруг меза-структур диода 2 с отрицательным сопротивлением варикапа 3, под первым 9, вторым 11 и третьим 12 отрезками проводников, контактными площадками 16, 18 и 19, над вторыми обкладками 5-7 первого, второго и третьего квазисосредоточенных конденсаторов, на всю толщину полупроводниковой пластины 1 °

Изолирующий зазор 8 может быть обеспечен, например, слоем диэлектрика SiO или А1 0 >.

Генераторный модуль, изображенный на фиг.2, содержит в полупроводни1598105 6

55 ковой пластине 1 меза-структуру дополнительного диода 22 с отрицательным сопротивлением, у которого первый электрод соединен с металлической подложкой 4, а второй электрод соединен с первым концом введенного дополнительно и размещенного на внешней поверхности полупроводниковой пластины 1 четвертого отрезка 23 проводника, у которого второй конец соединен через седьмое отверстие 24, выполненное в полупроводниковой пластине 1, с второй обкладкой 7 третьего кваэисосредоточенного конденсатора, при этом четвертый 23 и первый 9 отрезки проводников имеют одинаковую длину, расположены параллельно друг другу, а диоды 2 и 22 с отрицательными сопротивлениями подключены к их противоположным концам.

Первые электроды диодов 2 и 22 с отрицательными сопротивлениями могут быть соединены с металлической подложкой.4 через отверстие 25, выполненное во второй обкладке 7 третьего квазисосредоточенного конденсатора.

Генераторный модуль, изображенный на фиг.3, отличается тем, что второй конец первого отрезка 9 проводника. соединен с второй обкладкой 7 третьего кваэисосредоточенного конденсатора через меза-структуру дополнительно

l введенного варикапа 26,который выполнен в полупроводниковой пластине 1, второй электрод диода 2 с.отрицательным сопротивлением присоединен. также к первому концу введенного дополнительно пятого отрезка 27 проводника, выполненного на внешней поверхности полупроводниковой пластины 1, под которым в металлической подложке 4 выполнено дополнительное отверстие 28 и у которого второй конец соединен через восьмое отверстие 29, выполненное в полупроводниковой пластине 1, с размещенной на ее внутренней поверхности второй обкладкой 30 четвертого квазисосредоточенного конденсатора, при этом к этой же обкладке

30 через введенное дополнительно девятое отверстие 31, выполненное в полупроводниковой пластине 1, присоединена введенная дополнительно четвертая контактная площадка 32 для подключения питания, которая размещена на внешней поверхности полупроводниковой пластины 1, причем первая обкладка четвертого квазисосредоточенно5

40 го конденсатора совмещена с металлической подложкой 4 и расположена в выполненном дополнительно углублении в ней.

На фиг.4 изображен один из вариантов подключения генераторного модуля

33 (фиг.1) к микрополосковой линии передачи, выполненной на диэлектрической пластине 34, которая расположена на металлическом основании 35. Генераторный модуль 33, изображенный на фиг.1, устанавливается непосредственно на металлическое основание

35, его контактная площадка 16 соединена ленточным проводником 36 с проводником микрополосковой линии 37 передачи, а его контактные площади 18 и 19 соединены с помощью проволочных отрезков проводников 38 и 39 с конденсаторами 40 и 41 фильтров цепей питания, выполненных на металлическом основании 35 методами тонкопленочной технологии.

На.фиг.5 изображен один из вариантов подключения генераторного модуля 33 (фиг.1) к диэлектрическому волноводу (ДВ) 42, расположенному на металлической пластине 35. Генераторный модуль 33 (фиг.1) устанавливается непосредственно на металлическое основание 35, его контактная площадка 16 соединена ленточным проводником 36 со слоем 43 металлизации, нанесенной на конусный переход диэлектрического волновода, à его контактные площадки 18 и 19 подключены к фильтрам цепей питания, выполненным на металлическбй пластине 35 таким же образом, как и на фиг.4.

На фиг.6 изображен один из вариантов подключения генераторного модуля 33 (фиг.1) к щелевой линии (ЩЛ)

44 передачи, выполненной в металлическом основании 35. Генераторный модуль 33 (фиг.1) устанавливается непосредственно на металлическое основание 35, его контактная площадка 16 соединена отрезком проводника 45,расположенным над щелевой линией 44 передачи, с конденсатором 46, который выполнен на металлическом основании 35 вблизи короткозамкнутого конца щелевой линии 44 передачи, а его контактные площадки 18 и 19 подключены к фильтрам цепей питания, выполненным на металлической пластине 35 таким же образом, как и на фиг.4 и 5. 1598105

На фиг.7 изображен один из вариантов подключения генераторного модуля

33 (фиг.1) к отрезку прямоугольного волновода. Генера горный модуль 33 (фиг.1) устанавливается непосредственно на металлическом основании 35,выполняющем роль короткозамыкающей стенки отрезка прямоугольного волновода, при этом контактная площадка 16 10 генераторного модуля 33 соединена с помощью петлеобразного отрезка проводника. 47, связанного с магнитНым полем отрезка прямоугольного волновода и расположенного параллель- 1 но его узким стенками, с конденсатором 48, выполненным на металлическом основании 35. Что касается контактных площадок 18 и .19 генераторного модуля 33, то они подключены к конденсаторам 40 и 41 фильтров цепей питания с помощью проволочных отрезков проводников 38 и 39, которые для исключения их связи с магнитным полем волновода расположены парал- 25 лельно его широким стенкам..

Аналогичным. образом.к СВЧ-линиям передач подключается и генераторный модуль, изображенный на фиг.2. Что касается подключения к СВЧ-линиям передач генераторного модуля,изображенного на фиг.3, то в этом случае на металлическом основании 35 (фиг.47) необходимо дополнительно выполнить еще один тонкопленочный фильтр цепи питания, который подсоединяется с помощью проволочного отрезка.проводника к контактной площадке 32 (фиг.3) генераторного модуля.

Резонансная система предлагаемого 40 модуля (фиг.1) представляет собой резонансную систему квази-сосредоточенного типа. В ее состав входят последовательно включенные диод 2 с отрицательным сопротивлением первый от- 45 резок 9 проводника и параллельный колебательный контур, образованный третьим квазисосредоточенным конденсатором, к второй обкладке 7 которого с помощью. контактной площадки 16 под t ключена нагрузка — СВЧ-линия передачи, а также вторым отрезком 11 проводника и варикапом 3, -закороченным по переменному току на металлическую подложку 4 с помощью первого квазисосредоточенного конденсатора, к второй обкладке 5 которого с помощью контактной площадки 18 подводится напряжение смещения на варикап 3. Третий отрезок 12 проводника вместе с вторым квазисосредоточенным конденсатором, соединенным своей второй обкладкой 6 с контактной площадкой 19, служат для подведения напряжений сме-, щений на варикап 3 и диод 2 с отрицаельным сопротивлением. Отверстие 15 . металлической подложке 4 выполнено я увеличения эквивалентной индуктивности третьего отерзка 12 проводни ка, шунтирующего по переменному то ку варикап 3. Перестройка по частоте генераторного модуля осуществляется изменением напряжения на варикапе 3, ! что приводит.к изменению резонансной частоты параллельного колебательного (KoHTypa, в состав которого он входит, I а значит.и к изменению частоты выход- ного сигнала генераторного модуля.Для обеспечения. устойчивой работы генераторного модуля резонансные частоты упомянутого параллельного колебательного контура, к которому подключена нагрузка -. линия передачи, и который включен в резонансную систему генераторного .модуля последовательно с диодом 2 с отрицательным сопротивлением, должны быть меньше частоты выходного сигнала генераторного модуля во всем частотном диапазоне его работы. Последнее обеспечивает положительный знак у производной реактивной составляющей и отрицательный знак у . производной активной составляющей эквивалентного сопротивления. данного параллельного колебательного контура- по частоте и, следовательно, устойчивую работу данного генераторного модуля.

При включении в резонансную систему генераторного модуля (фиг.2) двух диодов 2 и 22 с отрицательным сопротивлением, отрезки 9 и 23 проводников расположены параллельно друг другу, а их разноименные концы находятся рядом. Этим обеспечивается взаимная синхронизация двух диодов 2 и 22 с отрицательным сопротивлением, исключается возможность возбуждения паразиткой частоты генерации в резонансном контуре, образованным двумя диодами с отрицательным сопротивлением 2 и 22 и отрезками 9 и 23 проводников, с которыми они соединены своими вторыми электродами.

Перестройка по частоте генераторного модуля, изображенного на фиг.3, осуществляется изменениеМ напряжения.

I0

40

9 159 одновременно на двух варикапах 3 и

26, входящих в состав его резонансной системы, при этом второй, дополнительно выполненный в полупроводниковой пластине 1, варикап 26 включен в резонансную систему генераторного модуля последовательно как с диодом

2 с отрицательным сопротивлением, так и с параллельным колебательным контуром, в состав которого входит первый варикап 3, что позволяет расширить диапазон электрической перестройки частоты данного генераторного модуля. Так как в генераторном модуле, изображенном на фиг.3, на контактную площадку 18 подается напряжение смещения на первый варикап 3, на контактную площадку 19 подаются напряжения смещения на первый 3 и второй 26 варикапы, а на контактную площадку 32 подаются напряжения смещения на второй варикап 26 и диод 2 с отрицательным сопротивлением.

Отверстие 28 в металлической подложке 4 предназначено для увеличения эквивалентной индуктивности отрезка

27 проводника, подключенного параллельно диоду 2 с отрицательным сопротивлением. Это позволяет избежать возникновения неконтролируемых па. разитных частот генерации.

Повышение частотного диапазона работы генераторного модуля обеспечено уменьшением числа паразитиых элементов конструкции, которая представляет собой монолитную интегральную схему на квазисосредоточенных эле. ментах. Причем верхний предельный частный диапазон генераторных модулей по пп,2 и 3 превышает таковой для генераторного модуля по п.1, что достигается за .счет образования магнитной связи между противофазно возбуждаемыми отрезками 9 и 23 проводников или за счет уменьшения длины отрезка проводника, соединяющего второй электрод диода 2 с отрицательным сопротивлением с третьим квазисосредоточенным конденсатором (его второй обкладкой 7), на толщину полупроводниковой пластины 1 (для КВЧдиапазона зто существенно). Таким об-. разом, повышение частотного диапазона работы генераторного модуля достигается за счет дальнейшего умень щения эквивалентных индуктивностей, отрезков проводников, входящих в состав его резонансных систем. Одновре8105 l0 менно это уменьшает потери выходной мощности и улучшает спектральный состав сигнала генераторного модуля., Кроме того, в генераторном модуле по п.2 за счет суммирования мощ- ностей двух упоров с отрицательным сопротивлением одновременно повышен уровень мощности сигнала, а в генераторном модуле по п.3 расширен диапазон частотной перестройки выходного сигнала. формулаизобретения

1, Генераторный модуль, содержащий металлическую подложку, на которой расположены первый и второй квазисосредоточенные конденсаторы, первые обкладки которых совмещены с металлической подложкой, диод с отрицательным сопротивлением, соединенный первым своим электродом с металлической подложкой, а вторым своим электродом— с первым концом первого отрезка проводника, и варикап, соединенный первым электродом с второй обкладкой первого квазисосредоточенного конденсатора, а вторым своим электродом — с первыми концами второго и третьего отрезков проводников, последний из которых соединен вторым, своим концом.с второй обкладкой второго квазисосредоточенного конденсатора, отличающийся тем, что, с целью повышения частотного диапазона его работы при одновременном уменьшении потерь мощности и улучшении спектральных характеристик выходного сигнала, на металлической подложке установлена введенная полупроводниковая пластина, меза-структуры диода с отрицательным сопротивлением и варикапа выполнены в полупроводниковой пластине, толщина которой равна высоте этих меза-структур, первые обкладки первого и второго квазисосредоточенных конденсаторов расположены в углублениях, выполненных в металлической подложке, в которой выполнено также углубление, в котором .выполнена первая обкладка введенного третьего квазисосредоточенного конденсатора, вторые обкладки всех квазисосредоточенных конденсаторов расположены на внутренней по-: верхности полупроводниковой пластины, обращенной. к металлической подложке над углублениями в ней, при

ll

1 этом вторая обкладка третьего квазиI . сосредоточенного конденсатора через первое, второе и третье отверстия, выполненные в полупроводниковой пластине соединена с вторыми концами первого и второго отрезков проводников и с введенной первой контактной площадкой, являющейся выходом гекераторного модуля, которые размещены на внешней поверхности полупроводниковой пластины, противоположной металлической подложке,.причем на той же поверхности полупроводниковой пластины установлен третий отрезок проводника и введенные вторая и третья контактные площадки для подключения питания, в полупроводниковой пластине выполнены дополнительные . четвертое, пятое и шестое отверстия, через которые соответственно соединены второй конец третьего отрезка проводника с второй обкладкой второго квазисосредоточенного конденсатоа, вторая контактная площадка для одключения питания с второй обкладой первого квазисосредоточенного онденсатора и третья контактная пло щадка для подключения питания с Второй обкладкой второго квазисосредоточенного конденсатора, в металлической подложке поД третьим отрезком проводника выполнено отверстие, а в полупроводниковой пластине вокруг ме эа-структур диода с отрицательным сопротивлением и варикапа под первыми, вторыми и третьими отрезками про водников и контактных площадок и. над вторыми обкладками первого, второго и третьего квазисосредоточенных конденсаторов выполнен изолирующий диэлектрический слой на всю толщину полупроводниковой пластины.

2. Модуль по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения мощности выходного сигнала, в полупроводниковой пластине выполнена меза-структура дополнительного ди ода с.отрицательным сопротивлением, у которого первый электрод соединен с металлической подложкой, а вто598105

12 рой электрод соединен с первым концом введенного и размещенного на внешней поверхности полупроводниковой пластины четвертого отрезка про-. водника, второй конец которого через седьмое отверстие, выполненное в полупроводниковой пластине, соединен с второй обкладкой третьего квазисосредоточенного конденсатора, при этом первый и четвертый отрезки проводников выполнены одинаковой длины,размещены параллельно, а. диоды с отрицательными сопротивлениямИ подключены к

15 их противоположным концам, 3. Модуль по п,1, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона электрической перестройки частоты, второй конец перво20 го отрезка проводника соединен с второй обкладкой третьего квазисосредоточенного конденсатора, через мезаструктуру дополнительно введенного варикапа, который выполнен в полупро25 водниковой пластине, второй электрод диода с отрицательным сопротивлением присоединен к первому концу введенного пятого отрезка проводника, выполненного на внешней поверхности полу30 проводниковой пластины, под которым ,в металлической подложке выполнено дополнительное отверстие и у которого второй конец соединен с размещенной на внутренней поверхности полупроводниковой пластины второй .обклад35 кой введенного дополнительно четвертого квазисосредоточенного конденсатора, через восьмое отверстие, выполненное в полупроводниковой пластине, 40 при этом к этой же обкладке четвертого квазисосредоточенного конденсатора через дополнительное девятое отверстие, выполненное в полупроводниковой пластике, присоединена введен45 ная четвертая контактная площадка для подключения питания, причем первая обкладка четвертого квазисосредоточенного конденсатора совмещена с ме. таллической педлсжкой и расположена

5р в выполненном дополнительно углублении в ней.

4-A

7 10/ 2

17

18 70

Фиг. 4

Г-Г ф

1б

1Â

Фиг. б

g

23

Л

1598105. д 118-8 у ?3

Ю Pug 5

1598! 05

1 1l 1! fl,Д-А У 17 8 Яд И О

78

Фиг. f0

1598105

N 1У.

ff Риг. 15

4и8 1б

Составитель В. Геворкян

P едактор Н..Лазоренко Техред И.Ходацич Корректор И.Пожо

Заказ 3068 Тираж 654 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям лри ГКНТ CCCP

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101