Нелинейные многочастотные режимы малошумящих усилителей СВЧ диапазона на биполярных транзисторах с гетеропереходом тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

ХРИПУШИН Андрей Владимирович

НЕЛИНЕЙНЫЕ МНОГОЧАСТОТНЫЕ РЕЖИМЫ МАЛОШУМЯЩИХ УСИЛИТЕЛЕЙ СВЧ ДИАПАЗОНА НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ С ГЕТЕРОПЕРЕХОДОМ

Специальность 01 04 03 - «радиофизика»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 6 ОКТ 2008

Воронеж -2008

003448457

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Воронежский государственный университет»

Научный руководитель - доктор физико - математических наук,

профессор БОБРЕШОВ Анатолий Михайлович

Официальные оппоненты: доктор физико - математических наук, профессор НЕЧАЕВ Юрий Борисович

кандидат физико - математических наук, доцент КОНОНОВ Александр Давидович

Ведущая организация - Саратовский Государственный Университет

Защита состоится 30 октября 2008 г в на заседании диссертационного совета Д 212 038.10 при Воронежском государственном университете по адресу 394006, г Воронеж, Университетская площадь, 1, ВГУ, физический факультет, ауд 435

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного университета

Автореферат разослан 25 сентября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

МАРШАКОВ В К

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

♦ Актуальность темы. Исследования, проводимые в данной работе, неразрывно связаны с проблемами электромагнитной совместимости (ЭМС) и устойчивого функционирования радиоэлектронной аппаратуры в условиях помех Резкое усложнение электромагнитной обстановки обусловлено непрерывным возрастанием общего числа радиоэлектронных средств (РЭС) и загруженностью освоенных диапазонов, что влечет за собой возрастание общего уровня электромагнитных помех Если при этом учесть несовершенство технических характеристик РЭС и их сосредоточение на ограниченной территории, то проблема обеспечения электромагнитной совместимости становится особенно актуальной

Решение проблем ЭМС РЭС может быть осуществлено путем снижения восприимчивости к помехам приемно-усилительных трактов В этом случае важную роль играет совершенствование входных цепей приемного устройства В настоящее время в малошумящих усилителях (МШУ) СВЧ диапазона, используемых во входных цепях, широко применяются биполярные транзисторы с гетеропереходом (НВТ) Они получают распространение в системах сотовой связи, приемниках прямого спутникового вещания и оборудовании для волоконно-оптических информационных сетей благодаря малости коэффициента шума, большого коэффициента усиления и высокой линейности

Исследованию НВТ, их моделированию и расчету параметров моделей сегодня посвящается большое количество публикаций Однако, в основном направленность работ связана с улучшением параметров этих транзисторов, обеспечивающих выполнение функции усиления слабого сигнала в линейном режиме работы Недостаточно внимания уделяется различного рода задачам взаимодействия многочастотных и шумовых сигналов в нелинейном режиме работы СВЧ усилителя на НВТ Слабо изучены вопросы оптимизации конструктивных параметров НВТ и электрического режима работы усилителя на его

основе с целью увеличения динамического диапазона усилителя по различным нелинейным эффектам

Видное место, которое занимают вопросы анализа и синтеза работы усилителей на НВТ в научных программах, подтверждает незавершенность, существующих исследований и определяет актуальность тематики диссертации

♦ Цель работы. Исследование возможных путей расширения динамического диапазона по различным нелинейным эффектам СВЧ усилителя на НВТ Исходя из поставленной цели, основными задачами исследования являются

1 Синтезировать модель НВТ, позволяющую анализировать нелинейные и шумовые характеристики МШУ,

2 Исследовать влияние нелинейности источников дробовых шумов в переходах база - эмиттер и база - коллектор, с учетом их корреляции на шумовые характеристики транзистора,

3 Провести анализ совместного усиления полезного сигнала, внешнего шума и монохроматической помехи в нелинейном режиме транзисторного усилителя (ТРУ) на НВТ,

4 Исследовать влияние конструктивных параметров и режима работы НВТ на значение верхней границы динамического диапазона по различным нелинейным эффектам с учетом изменения коэффициента усиления и коэффициента шума

5. Проанализировать формирование нелинейных эффектов в СВЧ усилителе на НВТ и оценить вклад каждого нелинейного продукта в конечный нелинейный эффект

6 Оптимизировать режим работы и схемотехнические параметры в> одной цепи СВЧ усилителя на НВТ в помеховой обстановке.

♦ Методы проведения исследования. Результаты исследований, сформулированные в диссертации, получены при помощи современных методов математического моделирования, с использованием известных численных методов, широко используемого пакета схемотехнического проектирования Microwave Office и математического пакета MathCAD

4' Научная новнзна:

1 На основе синтезированной модели НВТ исследовано влияние его геометрических, электрофизических параметров, а также режима работы по постоянному току на его нелинейные характеристики с целью расширения динамического диапазона ТРУ

2 Проведена оптимизация конструктивных параметров и сформулированы рекомендации для разработчиков транзисторов и усилителей на их основе с улучшенными характеристиками электромагнитной совместимости

3 Обоснована необходимость учета нелинейности, корреляции и частотной зависимости шумовых источников в цепи базы и коллектора для расчета коэффициента шума усилителя на НВТ

4 На основе рядов Вольтерра проанализировано формирование нелинейных эффектов третьего порядка и определен вклад каждого нелинейного продукта в процесс нелинейного преобразования

5 Показана возможность оптимизации, с точки зрения ЭМС, режима работы и входного импеданса СВЧ усилителя на НВТ

♦ Практическая ценность состоит в том, что полученные в работе результаты определяют подход к выбору конструктивных параметров и режима работы по постоянному току НВТ и входного импеданса для СВЧ усилителей с. улучшенными характеристиками помехозащищенности Прикладные задачи, решенные на основе разработанных подходов, представляют самостоятельный научный и практический интерес с точки зрения совершенствования радиоэлектронных устройств и условий эксплуатации при использовании их в сложной электромагнитной обстановке

♦ Научные положения, выносимые на защиту.

1 Результаты расчета шумовых характеристик СВЧ усилителя на НВТ в линейном и нелинейном режиме его работы, позволяющие оценить чувствительность приемника в условиях действия помех

2 Рекомендации по расширению динамического диапазона по блокированию СВЧ усилителя на НВТ в зависимости от его электрического режима

3. Результаты оптимизации электрофизических и конструктивных параметров НВТ с целью расширению динамического диапазона по блокированию СВЧ усилителя на его основе

4 Результаты оптимизации входного сопротивления и режима работы СВЧ усилителя на НВТ с целью расширения его динамического диапазона по интермодуляции

5 Соотношения для расчета взаимной компенсации интермодуляционных продуктов третьего порядка с целью улучшения характеристик ЭМС СВЧ усилителя на НВТ.

♦ Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены в виде докладов и обсуждались на- международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы

микроэлектроники и твердотельной электроники" (г Дивноморское, 2006)

- международной научно-технической конференции "Радиолокация, навигация и связь" (г Воронеж, 2003,2004,2007)

- международном симпозиуме по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии (г С -Петербург, 2007)

- международной научно-технической конференции "Физика и технические приложения волновых процессов" (г Самара, 2007)

- ежегодной научной сессии Воронежского госуниверситета (г Воронеж, 2007)

♦ Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи в журналах рекомендованных ВАК и 7 работ в трудах конференций

♦ Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 106 страницах машинописного текста, 2 таблиц и 53 иллюстраций на 30 листах, списка литературы из 139 наименований на 17 листах Объем диссертации составляет 154 страницы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

♦ Во введении к диссертации обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы, ее научная новизна, практическая значимость полученных результатов и научные положения, выносимые на защиту

♦ В первой главе обосновывается выбор нелинейной модели СВЧ усилителя на НВТ с учетом его шумовых свойств Для анализа и синтеза усилителя используется нелинейная малосигнальная модель НВТ с сосредоточенными нелинейными параметрами Выбор нелинейных элементов модели и вид их пред-сталления основывался на экспериментальных исследованиях, проводимых рядом авторов Нелинейными элементами эквивалентной схемы (ЭС) считаются крутизна транзистора, его входная проводимость, емкости база-эмиттер и база-коллектор Для определения значений линейных и нелинейных параметров ЭС НВТ использовались методики расчета по модели Гуммеля - Пуна и диффузионно-дрейфовой модели Использование модели Гуммеля - Пуна обусловлено тем, что она адекватно описывает работу транзистора в широком диапазоне токов и удобна для схемотехнического проектирования К тому же, в силу ее популярности, многие производители полупроводниковых транзисторов в сопроводительной документации приводят параметры именно этой модели. Для решения задач оптимизации конструктивных параметров с целью расширения динамического диапазона СВЧ усилителя на НВТ в помеховой обстановке использовалась диффузионно-дрейфовая модель НВТ, реализованная в предположении о наличии резкого анизотипного гетероперехода и одномерного характера переноса носителей

Для расчета собственных шумов НВТ и их изменения под действием помехи была введена шумовая модель транзистора, учитывающая тепловые шумы паразитных сопротивлений базы, эмиттера и коррелированные дробовые шумы в переходах база-эмиттер и база-коллектор При исследовании зависимостей спектральных плотностей шумовых токов базы и коллектора от напряжения ба-за-эмитгер установлено, что они являются нелинейными функциями смещаю-

щего напряжения Эту нелинейность необходимо учитывать при расчете шумовых характеристик НВТ Показано, что коэффициент корреляции является частотно зависимым и увеличивается с ростом частоты

Известно, что НВТ обладают низким коэффициентом шума (0,8 - 1 дБ) Это объясняется тем, что, благодаря использованию гетероперехода, в НВТ существует возможность существенного увеличения уровня легирования базы относительно уровня легирования эмиттера, что позволяет уменьшить сопротивление базы, не уменьшая коэффициент передачи по току В ходе исследования были рассчитаны зависимости минимального коэффициента шума СВЧ усилителя на НВТ от частоты и напряжения база-эмиттер Сравнение рассчитанных значений с экспериментально полученными показало, что для расчета коэффициента шума необходим учет корреляции между источниками дробового шума в цепи базы и коллектора

♦ Во второй главе рассчитываются шумовые характеристики СВЧ усилителя на НВТ при воздействии на его вход интенсивной помехи Решение этой задачи позволяет оценить возможности МШУ при приеме слабого сигнала в нелинейном режиме его работы

В нелинейном режиме спектральная плотность собственного шума на выходе транзисторного усилителя будет изменяться Выражение для ее значения можно записать в следующем виде (г,^ = + б + О6^ - спек-

тральные плотности тепловых шумов базы и эмиттера на выходе усилителя, С"^ - спектральная плотность совместного дробового шума базы и коллектора

на выходе усилителя). Если определить коэффициент подавления собственных шумов как отношение спектральной плотности всех собственных шумов на выходе усилителя при воздействии помехи <?,„ к значению спектральной плотности в отсутствии помехи то тогда по аналогии можно ввести КОэффИЦИеН-

^Л»

ты подавления шумов соответствующих источников Кг" = —, К™ = ,

к„,к"',к„ ,К7дБ

з

. Результаты анализа показали, что уровень совместного шума базы

и коллектора возрастает с увеличением мощности помехи, На скорость роста оказывает существенное влияние нелинейность шумовых источников.

Выражение для коэффициента подавления собственны)!. шумов можно записать в следующем виде:

£-СИ! _ 6п тгбп 1Г Ы „бк

Кп -Я Кп +8 л + £ К„

где £ - весовые коэффициенты. На рис.1 изображены зави-

/

ку

к?

ух

к к

"51 46 41 '36 "31 р^,дБI Вт симости коэффициентов по-Рис. 1 Изменение источников собственных

давления шумовых источников НВТ от входной мощности по-

шумов ТРУ на НВТ

мехи. Результирующая зависимость с учетом рассчитанных весовых коэффициентов приведена пунктиром.

КГ, К,., дБ

Ксш

- . А', да

М/

1

1,5

Р^дБВт

Рис.2 Изменение избыточного коэффициента шума ТРУ на НВТ

Для анализа изменения шумов усилителя на НВТ при воздействии на его вход интенсивной помехи использовался двухсигнальный коэффициент шума К„ = рКш , Величина ¡л характеризует изменение шумов усилителя в нелинейном режиме. Избыточная величина шума определяется

по следующей формуле ^ = —- = , где Кь - коэффициент блокирования.

л„ -1 К,,

Из рис.2 видно, что ц принимает положительные значения, следовательно, по-

давление собственного шума происходит в меньшей степени по сравнению с блокированием с полезного сигнала.

♦ В третьей главе с использованием сформированной модели НВТ и разработанной методики расчета его шумовых характеристик решалась '¿адача оптимизации конструктивных параметров НВТ и режима работы СВЧ усилителя на его основе с целью улучшения его характеристик ЭМС. Проведены теоретические исследования зависимостей коэффициента усиления, верхней границы динамическог о диапазона (БГДД) по блокированию по уровню К6я - -3дБ и коэффициента шума усилителя от смещающего напряжений база-эмштер и коллектор-эмиттер, которые характеризуют режим работы МШУ.

Исследование зависимости

КГ.К^дБ 4

м ------------

........ - —

X ч\

------------ Л-'"-- —

1.11 1.» 1.34 у £

Рис.3 Изменение характеристик ЭМС НВТ с ростом напряжения база-эмиттер

К^дК КМ

0,„дБВт

АГщтЬ

/

С--^ Д.

Рис.4 Влияние ширины базы

коэффициента блокирования и коэффициента подавления собственного шума исследуемого усилителя от рабочего напряжения на базе в присутствии помехи с мощностью 1 мВт показало, что ц имеет минимум (рис.3), что будет соответствовать максимальному отношению сигнал/шум на выходе усилителя.

В работе рассмотрено влияние изменения геометрических и электрофизических параметров НВТ (ширины базы, эмиттера и коллектора и концентрации основных носителей в них) на коэффициент усиления Ку, минимальный коэффициент

шума Кятл и ВГДЦ по блокированию . Зависимость этих характеристик от одного из параметров НВТ (ширины базы) представлена на рис 4 Оптимальное значение параметра будет определяться компромиссом между исследуемыми величинами с учетом их допустимого изменения

_ к"Г .. В результате проведенного

исследования были выбраны, конструктивные параметры НВТ, позволяющие добиться увеличения ВГДЦ при допустимом ухудшении других характеристик Для получения интегральной оценки расширения динамического диапазона по блокированию нелинейные свойства усилигеля в присутствии интенсивной помехи характеризовались коэффициентом блокирования с учетом изменения коэффициента усиления устройства К с На рис 5 приведена зависимость Кь от мощности входного сигнала для НВТ с исходными параметрами (кривая 1) и параметрами, выбранными на основе анализа (кривая 2) Как видно из рисунка для уровня блокирования 3 дБ динамический диапазон может быть расширен на 6 дБ при незначительном уменьшении коэффициента усиления (с 12,5 дБ до 11 дБ) и повышении минимального коэффициента шума на 0,22 дБ

♦ В четвертой главе работы анализируется формирование нелинейных эффектов третьего порядка, и рассчитываются характеристики ЭМС СВЧ усилителя на НВТ

Известно, что при изменении смещающего напряжения нелинейные характеристики претерпевают не только количественные (уменьшение мощности интермодуляционного продукта третьего порядка), но и качественные изменения (переход о г антаблокирования к блокированию). К тому же, на практике наблюдается высокая линейность усилителей на НВТ, несмотря на то, что зави-

симости тока базы и тока коллектора от управляющих напряжений - экспоненциальные функции Для возможности оптимизации характеристик ЭМС входных МШУ необходимо понять процесс формирования нелинейности третьего порядка в СВЧ усилителе на НВТ, а, следовательно, провести анализ такого формирования В 1 ачестве метода анализа был выбран метод рядов Вольтерра, так как он позволяет наглядно показать вклад каждого нелинейного продукта в формирование нелинейного эффекта в целом

Проведен теоретический расчет мощности интермодуляционного продукта третьего порядка на частоте 2«, - а2, Выражение для выходного тока на этой частоте выглядит следующим образом.

7___-аЖз Ч,,)* 2. сд____+

1 + - сЬ) + + (2,(7щ - г,(2ш, - ш,)Хй, + - ,а,)С5„)

Анализ выражения показал, что для интермодуляционного продукта третьего порядка происходит взаимная компенсация нелинейных токов в цепи базы 1из, /?1з и коллектора /,, (что отражается в отрицательном знаке третьего слагаемого) Так же видно, что уровень интермодуляционной составляющей зависит как от соотношения между коэффициентами разложения нелинейных элементов эквивалентной схемы (зависящих в свою очередь от напряжения в рабочей точке), так и от входного сопротивления усилителя 2, Эти выводы будут справедливы и при рассмотрении других нелинейных эффектов третьего порядка, таких как блокирование и компрессия

Расширение динамического диапазона по интермодуляции связано с минимизацией выходного юка В результате минимизация получена следующая система уравнений 1-д1?1 -/аи> -4/ИАг? -гдЧ2«,2 -2 =о

ЯК +С1)-2Д1,*1(*,*1 + 2С« +с,+ 2 сы +с,)= о

Решением этой системы является значение входного сопротивления усилителя, соответствующего минимуму интермодуляционной составляющей

0,82 0.83 0,84 0,85 Uh,B

Рис.6 Зависимости Ршт от напряжения ба-за.-эмитгер для НВТ BFP620

13

С помощью вышеизложенной методики были рассчитаны характеристики интермодуляции и блокирования в зависимости от режима работы и входного сопротивления СВЧ усилителя на НВТ. Для: сравнения эти характеристики были расс читаны так же методом гармонического баланса. Проведено исследование 2-х типов НВТ: SiGe НВТ Infineon BFP620 и GaAs НВТ NEC NE52418. На рис.6 изображены зависимости мощности интермодуляционного продукта третьего порядка Ртт от напряжения база-эмиттер для кремний-германиевого НВТ. Видно, что если входная цепь имеет сопротивление Rs = 2800м (это значение было найдено пугем решения обозначенной системы уравнений), мощность интермодуляционного продукта уменьшается на 20 дБ. Также из рисунка хорошо видно, что результаты, полученные методом рядов Вольтерра (сплошные кривые) и методом гармоническо-

JP'i дБмБт Г0 б£1ланса (пунктир) достаточно

2< |- , , хорошо совпадают для низких

значений напряжения в рабочей точке. Удобной характеристикой, для оценки совместного изменения коэффициента усиления и мощности интермодуляцион-0,в1 0,82 0,83 0,84 W5 у" в ного продукта третьего порядка Рис.7 Зависимости /РЗ от напряжения ба- является точка пересечения по заомиптер для НВТ BFP620 продуктам интермодуляции

третьего порядка IP3. Из рис.7 видно, что при Rs=2%OOm IP3 больше чем при £., =50Ом и имеет максимум.

Точками на рисунки нанесены экспериментально измеренные значения Ртт и 1РЗ

Аналогичные исследования, проведенные для ОаАв НВТ №С ЫЕ52418, показали качественно те же результаты Это позволяет сделать вывод о том, что предложенная методика будет справедлива для наиболее распространенных типов НВТ

♦ В заключении сформулированы основные выводы и результаты, которые сводятся к следующему

1 Синтезирована модель биполярного транзистора с гетеропереходом, позволяющая рассчитывать линейные и нелинейные характеристики мало-шумящих усилителей на НВТ.

2 Установлено, что при расчете коэффициента шума необходимо учитывать корреляцию между нелинейными источниками дробовою шума в цепи базы и коллектора Показано, что коэффициент корреляции является частотно зависимым и увеличивается с ростом частоты

3 Проанализировано изменение собственных шумов СВЧ усилителя на НВТ при работе его в нелинейном режиме Рассчитаны зависимости изменения уровня собственных шумов на выходе ТРУ от входной мощности помехи с учетом нелинейности шумовых источников транзистора Проведен анализ совместного усиления полезного сигнала, внешнего шума и монохроматической помехи в нелинейном режиме ТРУ на НВТ, позволяющий оценить возможности усилителя по приему слабого сигнале!

4 Исследовано поведение зависимостей коэффициента усиления, минимального коэффициента шума, верхней границы динамического диапазона по блокированию от конструктивных параметров НВТ и е! о режима работы по постоянному току Проведена оптимизация конструктивных параметров НВТ, позволяющая синтезировать данные транзисторы с улучшенными параметрами электромагнитной совместимости

5 Проанализировано формирование нелинейных эффектов третьего порядка в СВЧ усилителе на НВТ Показан вклад каждого нелинейного продукта в конечный нелинейный эффект

6 Выведены соотношения для расчета оптимального входного сопротивления и режима работы СВЧ усилителя на НВТ для достижения минимума интермодуляционного продукта На основе выведенных соотношений рассчитаны характеристики ЭМС СВЧ усилителя на НВТ

♦ Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1 Бобрешов A M Влияние конструктивных параметров и режима по постоянно^ току AlGaAs/GaAs биполярных транзисторов с гетеропереходом на нелинейные характеристики входных усилителей / АМ Бобрешов, ЛИ Аверина, А В Хрипушин // Вестн Воронеж гос ун-та Сер Физика Математика - Воронеж, 2006 -№2 -с 14-18

2 Бобрешов A M Оптимизация конструктивных параметров биполярного транзистора с гетеропереходом с целью улучшения помехозащищенности СВЧ усилителя / A M Бобрешов, Л И Аверина, А В Хрипушин // Физика волновых процессов и радиотехнические системы - Б м , 2007. - Т 10, № 2 -с 76-80

3 Бобрешов A M Изменение собственного шума усилителя на биполярном транзисторе с гетеропереходом в нелинейном режиме / A M Бобрешов, Л И Аверина, А В Хрипушин // Изв вузов Электроника - Б м , 2007 -№4.-с 15-20.

4 Аверина, ЛИ. Изменение уровня собственных шумов в транзисторном усилителе при воздействии на его вход интенсивной помехи /ЛИ Аверина, A Ei Хрипушин // Радиолокация, навигация и связь IX меж цунар науч-техн конф ,22-24апр 2003 г - Бм -2003 -Т. 1 -с 445-451

5. Аверина, Л И. Влияние нелинейных элементов модели полевого транзистора на характеристики помехозащищенности усилителя /ЛИ Аверина, А В Хрипушин // Радиолокация, навигация, связь X междунар науч -техн конф, 13-15 апр 2004 г -Бм -2004 -Т 1 -с 479-486

6 Бобрешов А М Нелинейные характеристики биполярных транзисторов с гетеропереходом / А М Бобрешов, Л И Аверина, А В Хрипушин // Сб тр X междунар н.-т конф "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники",-Таганрог -2006.-ч. 2 - с 191-193

7 Бобрешов А М Нелинейное поведение усилителя на биполярном транзисторе с гетеропереходом / А М Бобрешов, Л И Аверина, А В Хрипушин // Радиолокация, навигация, связь • XIII Международ науч -техн конф , г Воронеж, 17-19 апр 2007г - Воронеж, 2007 -Т 2 -с 1511-1517

8 Аверина ПИ Влияние режима работы усилителя на гетеропереходном биполярном транзисторе на его нелинейные характеристики /ЛИ Аверина, А В Хрипушин [и др ] // Радиолокация, навигация, связь XIII Ме-жд) народ науч-техн конф, г. Воронеж, 17-19 апр 2007 г - Воронеж, 2007 -Т 2 - с 1527- 1534

9 Бобрешов А М Влияние интенсивной помехи на шумовые характеристики СВЧ усилителя на биполярном транзисторе с гетеропереходом / А М Бобрешов, Л.И Аверина А В Хрипушин // VII международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии: тр симп - СПб, 2007 - с 260-263

10 Бобрешов А М Методика исследования характеристик ЭМС НВТ / А М Бобрешов, Л И Аверина, А В Хрипушин // Физика и технические приложения волновых процессов . VI Международ науч -техн конф ,17-21 сенг 2007г тр конф-Казань,2007 -с 224-225

Работы [2,3] опубликованы в ведущих рецензируемых журналах и

изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией.

Подписано в печать 19 09 08 Формат 60x84/16 Уел печ л 0,93 Тираж 100экз Заказ 1731

Отпечатано с готового оригинала-макета в типографии Издаггельско-полиграфического центра Воронежского государственного университета. 394000, г Воронеж, ул Пушкинская, 3

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ФОРМИРОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНОЙ ШУМОВОЙ МОДЕЛИ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА С ГЕТЕРОПЕРЕХОДОМ.

1.1 Структура НВТ.

1.2 Моделирование биполярного транзистора с гетеропереходом в нелинейном режиме.

1.2.1 Нелинейная малосигнальная модель НВТ.

1.2.2 Расчет параметров эквивалентной схемы нелинейной модели НВТ с помощью модели Гумме ля - Пуна.

1.2.3 Расчет параметров эквивалентной схемы нелинейной модели НВТ с помощью диффузионно-дрейфовой модели.

1.3 Собственный шум в НВТ.

1.3.1 Основные источники возникновения шумов в НВТ.

1.3.2 Нелинейная шумовая модель НВТ. Коэффициент шума.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ШУМОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УСИЛИТЕЛЯ НА НВТ.

2.1. Теоретический анализ нелинейного взаимодействия интенсивной сосредоточенной помехи с собственным шумом ТРУ на НВТ.

2.2 Анализ усиления сигнала на фоне внешних шумов в нелинейном режиме ТРУ на НВТ.

2.3. Изменение коэффициента шума входного ТРУ на НВТ в нелинейном режиме.

3. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМА РАБОТЫ НВТ С ЦЕЛЬЮ УЛУЧШЕНИЯ

ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ УСИЛИТЕЛЯ СВЧ.

3.1 Влияние напряжений смещения база-эмиттер и коллектор-эмиттер НВТ на характеристики ЭМС МШУ.

3.2 Влияние электрофизических и геометрических параметров НВТ на характеристики ЭМС МШУ.

4. АНАЛИЗ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭФФЕКТОВ И РАСЧЕТ

ХАРАКТЕРИСТИК ЭМС СВЧ УСИЛИТЕЛЯ НА НВТ.

4.1 Анализ формирования нелинейных эффектов третьего порядка в СВЧ усилителе на НВТ.

4.2 Результаты расчета характеристик ЭМС СВЧ усилителя на НВТ.

Диссертационная работа посвящена исследованию и развитию методов анализа и синтеза входных устройств, построенных на базе биполярных транзисторов с гетеропереходом (НВТ) и применению данных методов для улучшения реальных характеристик помехозащищенности малошумящих усилителей (МШУ).

Актуальность темы

Исследования, проводимые в данной работе, неразрывно связаны с проблемами электромагнитной совместимости (ЭМС) и устойчивого функционирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) в условиях помех [105-110, 112]. Резкое усложнение электромагнитной обстановки (ЭМО) обусловлено непрерывным возрастанием общего числа радиоэлектронных средств (РЭС) и загруженностью освоенных диапазонов, что влечет за собой возрастание общего уровня электромагнитных помех. Если при этом учесть несовершенство технических характеристик РЭС и их сосредоточение на ограниченной территории, то проблема обеспечения электромагнитной совместимости становится особенно актуальной. Особый интерес данные исследования представляют для разработчиков радиоприемных устройств (РПУ), входящих в комплексы подвижных объектов (кораблей, самолетов) и функционирующих в наиболее сложных помеховых условиях,

В настоящее время широкое применение во входных каскадах РПУ находят биполярные транзисторы с гетеропереходом (НВТ). Они получают широкое распространение благодаря малости коэффициента шума, большого коэффициента усиления и высокой линейности в системах сотовой связи, приемниках прямого спутникового вещания и оборудовании для волоконно-оптических информационных сетей. Эти приборы используются во входных цепях малошумящих входных усилителей генераторов СВЧ диапазона в полосе частот вплоть до 240 ГГц [16].

Исследованию НВТ, их моделированию и расчету параметров моделей на сегодняшний день посвящено достаточно большое количество публикаций [38-47]. Однако во многом направленность работ связана с улучшением параметров этих транзисторов, обеспечивающих выполнение функции усиления слабого сигнала. Как показали проведенные исследования, критерии качества прохождения сигнала в нелинейном режиме усилителя на НВТ зависят от конструктивных параметров и режима работы прибора. За счет их оптимизации может быть достигнуто значительное увеличение порога восприимчивости усилителя к помехам. Использование высоколинейного прибора в смесителе, усилителе и других устройствах приемо-передающего тракта улучшает ЭМС характеристики устройства. Большое число публикаций, вышедших до настоящего времени и то видное место, которое занимают вопросы анализа и изучения исследования усилителей на НВТ в научных программах, подтверждает незавершенность существующих исследований. В особенности это относится к различного рода задачам нелинейного взаимодействия многочастотных и шумовых сигналов.

На современном этапе моделирования транзистор представляется в виде эквивалентной схемы (ЭС) с сосредоточенными элементами, учитывающей нелинейные и шумовые свойства. Связь вход/выход усилительного каскада описывается функционалом рядов

Вольтерра [12]. За последнее время появилось большое количество достаточно сложных моделей транзистора с высокой степенью точности представления [36, 52, 17]. Поэтому, сегодня, зачастую ставится задача не усложнения модели, а выбор оптимальной модели, адекватно описывающей работу транзистора для заданных условий его использования.

В число конструктивных параметров МШУ входят электрофизические и геометрические параметры НВТ, которые в первую очередь определяют рабочие характеристики усилителя. В работе проводится оптимизация конструктивных параметров НВТ с целью увеличения верхней границы динамического диапазона усилителя Электрические режимы каскадов МШУ определяются напряжениями внешних источников питания, что позволяет использовать адаптивный выбор режима в зависимости от помеховой обстановки

Одной из особенностей СВЧ усилителей на НВТ, требующей изучения, является их высокая линейность, не смотря на то, что зависимости тока базы и тока коллектора от смещающего напряжения — экспоненциальные функции. Отсюда вытекает задача построения математической модели, подробно описывающей картину нелинейного процесса и использование разработанной в дальнейшем методики с целью оптимизации режима работы и схемотехнических параметров СВЧ усилителя на НВТ в помеховой обстановке.

Таким образом, практическая потребность в решении перечисленных задач определяет актуальность тематики диссертации.

Целью работы является:

1. Разработка методики анализа влияния геометрических и электрофизических параметров НВТ, а также режима его работы по постоянному току на его нелинейные и шумовые свойства.

2. Оптимизация конструктивных параметров НВТ и режима работы СВЧ усилителя на его основе с целью повышения значения верхней границы динамического диапазона по различным нелинейным эффектам.

3. Развитие методов анализа нелинейных явлений, возникающих при взаимодействии интенсивной помехи и шума в СВЧ усилителе на НВТ.

4. Анализ формирования нелинейных эффектов третьего порядка. Оптимизация режима работы и схемотехнических параметров СВЧ усилителя на НВТ в помеховой обстановке.

Основные задачи диссертации вытекают непосредственно из ее целей:

- синтезировать модель НВТ, позволяющую анализировать нелинейные и шумовые характеристики МШУ;

- исследовать влияние нелинейности источников дробовых шумов в переходах база - эмиттер и база - коллектор, с учетом их корреляции на шумовые характеристики транзистора;

- провести анализ совместного усиления полезного сигнала, внешнего шума и монохроматической помехи в нелинейном режиме ТРУ на НВТ;

- исследовать влияние конструктивных параметров и режима работы НВТ на значение верхней границы динамического диапазона по различным нелинейным эффектам с учетом изменения коэффициента усиления и коэффициента шума.

- построить математическую модель, дающую возможность не только описать поведение усилителя на НВТ в нелинейном режиме, но и увидеть вклад каждого нелинейного продукта в конечный нелинейный эффект.

- оптимизировать режим работы и схемотехнические параметры входной цепи СВЧ усилителя на НВТ в помеховой обстановке.

Научная новизна.

1. На основе синтезированной модели НВТ исследовано влияние его геометрических, электрофизических параметров, а также режима работы по постоянному току на его нелинейные характеристики с целью расширения динамического диапазона ТРУ.

2. Проведена оптимизация конструктивных , параметров и сформулированы рекомендации для разработчиков транзисторов и усилителей на их основе с улучшенными характеристиками электромагнитной совместимости.

3. Обоснована необходимость учета нелинейности, корреляции и частотной зависимости шумовых источников в цепи базы и коллектора для расчета коэффициента шума усилителя на НВТ.

4. На основе рядов Вольтерра проанализировано формирование нелинейных эффектов третьего порядка и определен вклад каждого нелинейного продукта в процесс нелинейного преобразования.

5. Показана возможность оптимизации, с точки зрения ЭМС, режима работы и входного импеданса СВЧ усилителя на НВТ.

Практическая ценность.

Полученные в работе результаты определяют подход по выбору конструктивных параметров и режима работы по постоянному току НВТ для СВЧ усилителей с улучшенными характеристиками помехозащищенности.

Предложенные методики анализа нелинейных эффектов могут найти применение при расчете характеристик ЭМС входных модулей радиоприемных устройств.

Прикладные задачи, решенные на основе разработанных подходов, представляют самостоятельный научный и практический интерес с точки зрения совершенствования радиоэлектронных устройств и условий эксплуатации при использовании их в сложной эмо.

Полученные результаты используются в учебном и научно-исследовательском процессе кафедры электроники Воронежского государственного университета.

Состояние исследуемой проблемы.

Биполярные транзисторы с гетеропереходом получают широкое распространение. GaAs. По данным исследовательской фирмы iSupply, в 2003 году 47,1% транзисторов, используемых в сотовых телефонах, представляли собой GaAs НВТ. Основные причины тому -однополярное питание (по сравнению с необходимостью в отрицательном напряжении на затворе для полевых транзисторов), а также меньшая занимаемая площадь кристалла, поскольку структура транзистора - вертикальная. Высокий уровень легирования базы, вкупе с низколегированным эмиттером, приводит к снижению сопротивления базы и емкости перехода эмиттер-база. Уменьшается и емкость коллектор-подложка. Это обуславливает высокочастотные свойства НВТ - высокое значения максимальной частоты усиления мощности /тах. Кроме того, возможно добиться чрезвычайно низкого управляющего напряжения базы (в том числе используя специальные слои в области перехода, например - увеличивая концентрацию А1 в AlGaAs). Это также увеличивает /тах и снижает уровень шумов. Благодаря тому, что входные и выходные импедансы транзистора становятся в основном резистивными, упрощается проблема согласования приборов в СВЧ схемах. Наконец, надо отметить технологическую простоту структуры НВТ. Будучи вертикальной, она существенно экономит площадь кристалла. Кроме того, тонкие слои транзистора формируются в процессе эпитаксии, что снижает требования к литографическому оборудованию и существенно удешевляет прибор [16]. Биполярные транзисторы с гетеропереходом обладают высокими эксплуатационными характеристиками. Они позволяют получать усиление в широкой полосе частот в СВЧ-диапазоне и способны работать на частоте 10 ГГц и более, при этом обладая низким уровнем собственных шумов [40-43].

Основное направление разработчиков НВТ касается улучшения их усилительных и шумовых свойств в малосигнальном режиме. И в этой области исследователи уже добились достаточно высоких результатов.

В настоящее время постоянное увеличение числа радиоэлектронных средств и их уплотнение приводит к возрастанию уровня шума в радиочастотном диапазоне. Это заставляет разработчиков радиоприемных и передающих устройств переходить к более высоким рабочим частотам и активно использовать СВЧдиапазон. Однако даже в области СВЧ плотность радиоэлектронных средств и количество передаваемой информации постоянно повышается, особенно в условиях современных мегаполисов. В результате изменение уровня помех и полезного сигнала на входе радиоэлектронных устройств в обычных условиях может составлять 90-100 дБ. При работе же в экстремальной электромагнитной обстановке перепад уровней может превышать 100-160 дБ и более. Это относится и к области военного применения, но здесь проблема усугубляется еще и тем, что помехи могут создаваться противником преднамеренно, что еще более повышает требования к надежности радиоприемных устройств и их способности эффективно работать в условиях действия различных „ типов помех. Таким образом, усложняющаяся электромагнитная обстановка требует повышенного внимания к восприимчивости к помехам отдельных радиоэлектронных средств [107, 112].

Любое устройство нельзя считать качественным, если в отсутствии помех оно выполняет свое назначение и не выполняет при наличии помех даже допустимого уровня. Если изделие не удовлетворяет требованиям ЭМС, то остальные показатели качества могут потерять значение, поскольку изделие не сможет обеспечить прием полезного сигнала.

Заметим, что наиболее уязвимой частью РЭС являются входные цепи. Это связано с тем, что применение фильтров на входе РПУ наряду с увеличением реальной избирательности снижает чувствительность входного тракта приемника за счет потерь в самом фильтре, и зачастую делает невозможным прием слабых сигналов. С другой стороны, сильная помеха может вызвать блокирование входного МШУ. Поэтому в литературе значительная часть публикаций по теме посвящена моделированию входных цепей с целью повышения их помехозащищенности [113, 114]. При этом наибольший интерес для исследователя представляют нелинейные усилительные элементы входной цепи, так как в первую очередь они формируют ее свойства. В качестве таких элементов широко используются полупроводниковые устройства, среди которых получают широкое распространение биполярные транзисторы с гетеропереходом.

Не случайно именно НВТ и их моделированию посвящено большое число публикаций и монографий [62, 63, 67]. При этом упор в исследованиях, как правило, делается на повышение адекватности используемых моделей, расширения их области применения и учету всех возможных факторов, относящихся к конструктивным параметрам и технологии изготовления. При расчете моделей НВТ все более широко используются достижения в области вычислительной техники и численных методов. Такой подход имеет неоспоримые преимущества как для понимания физических принципов работы НВТ, так и для получения транзисторов с лучшими характеристиками быстродействия, усилительными и шумовыми свойствами. В частности в литературе мало внимания уделено исследованию нелинейных свойств НВТ, а так же влиянию конструктивных параметров транзистора на характеристики электромагнитной совместимости. Исследованию данной проблемы посвящена значительная часть представленной работы. В результате был намечен подход к выбору конструктивных параметров, а так же режима работы для транзисторов с улучшенными характеристиками электромагнитной совместимости.

Исследованию шумовых характеристик ТРУ на НВТ в нелинейном режиме уделено, на наш взгляд, недостаточно внимания. В некоторых работах [26] проведён теоретический анализ изменения коэффициента шума усилителя на биполярном транзисторе с гетеропереходом, но источник дробового шума в цепи базы считался частотно независимым, как и коэффициент корреляции между шумовыми источниками в цепи базы и коллектора. Как показано в данной работе, эти пренебрежения неоправданны и ведут к ошибке при расчете коэффициента шума.

Недостаточно внимания уделяется анализу нелинейных многочастотных характеристик СВЧ усилителей на НВТ. В работах, посвященных этой тематике, исследуются либо одночастотные нелинейные характеристики, либо амплитудные интермодуляционные характеристики [72, 73]. При этом в качестве метода анализа зачастую используется метод гармонического баланса, который не пригоден для подробного описания картины нелинейного процесса. В данной работе в качестве основного метода анализа был выбран метод рядов Вольтерра. Как показано в [122,123] для слабо нелинейных систем, нелинейные характеристики которых можно аппроксимировать рядом третьей степени, или для небольших уровней мощностей входного воздействия этот метод является наиболее эффективным. К тому же, обозначенная в [72] проблема оптимизации входного импеданса ТРУ на НВТ, с целью улучшения ЭМС радиоприемного устройства не достаточно хорошо изучена.

Таким образом, проведенный анализ теоретических и экспериментальных работ позволяет заключить следующее:

- Для решения задач электромагнитной совместимости самостоятельный интерес представляют нелинейные модели НВТ.

- При расчёте нелинейных характеристик ТРУ с учётом его шумовых свойств необходимо использовать такие его модели и такие методы анализа, которые позволили бы рассмотреть наиболее полным образом с единых позиций влияние мощной помехи на уровни полезного сигнала, собственного и внешнего шума в широкой полосе частот.

- Усилия, прилагаемые для расширения динамического диапазона входных усилителей, связываются с оптимизацией как конструктивных параметров транзисторов, так с отысканием путей управления нелинейными характеристиками в зависимости от ЭМО.

Краткое содержание работы.

В первом разделе обосновывается выбор нелинейной модели СВЧ усилителя на НВТ с учетом его шумовых свойств. Для анализа и' синтеза ТРУ, наиболее часто, в качестве модели используется нелинейная малосигнальная модель с сосредоточенными нелинейными параметрами, которая для самого транзистора включает 7 основных элементов. Выбор нелинейных элементов модели и вид их представления основывался на экспериментальных исследованиях, проводимых рядом авторов [60-64]: нелинейными считаются крутизна транзистора, его входная проводимость, емкости база-эмиттер и база-коллектор, которые представляются в виде разложения в степенные ряды по напряжениям на них в окрестности рабочей точки.

Для определения значений линейных и нелинейных параметров модели НВТ использовались две расчетные методики: модель Гуммеля

- Пуна [36] и диффузионно-дрейфовая модель [70]. Использование первой методики обусловлено тем, что модель Гуммеля - Пуна адекватно описывает работу транзистора в широком диапазоне токов, имеет точную и однозначную методику определения параметров и удобна для схемотехнического проектирования [17]. К тому же, в силу ее популярности, многие производители полупроводниковых транзисторов в сопроводительной документации приводят параметры именно этой модели [27-30]. Параметры этой модели, позволяющие в свою очередь определить значения зарядов гетероперехода и токов, текущих в транзисторе, определяются из вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик НВТ. Модель Гуммеля - Пуна не позволяет исследовать в явном виде влияние электрофизических и геометрических параметров НВТ на нелинейные и шумовые характеристики транзистора. Для исследования такого влияния была использована одномерная диффузионно-дрейфовая модель НВТ, реализованная в предположении о наличии резкого анизотипного гетероперехода и одномерного характера переноса носителей. Применение этой модели необходимо для решения задач оптимизации конструктивных параметров с целью улучшения характеристик СВЧ усилителей на НВТ в помеховой обстановке.

На основе этих двух методик были рассчитаны зависимости основных параметров модели транзистора от приложенных напряжений база-эмиттер и база-коллектор. При сравнении зависимостей, полученных разными методиками, установлено их сходство, что позволяет наравне применять обе методики для расчета нелинейных параметров ЭС НВТ.

Далее в этом разделе рассматривается природа и источники собственных шумов НВТ. Для этих транзисторов в СВЧ диапазоне необходимо учитывать тепловые шумы паразитных сопротивлений базы, эмиттера и дробовые шумы в переходах база-эмиттер и база коллектор, причем последние коррелированы между собой. При исследовании зависимостей спектральных плотностей шумовых токов базы и коллектора от напряжения база-эмиттер установлено, что они являются нелинейными функциями смещающего напряжения, эту нелинейность необходимо учитывать при расчете шумовых характеристик НВТ. Так же показано, что коэффициент корреляции является частотно зависимым и увеличивается с ростом частоты.

Известно, что биполярные транзисторы с гетеропереходом обладают хорошими шумовыми характеристиками (коэффициент шума порядка 0,8 - 1 дБ [27-30]). Это объясняется тем, что благодаря использованию гетероперехода, в НВТ существует возможность существенного увеличения уровня легирования базы относительно уровня легирования эмиттера, что позволяет уменьшить сопротивление базы, не уменьшая коэффициент передачи по току. Сочетание высокого коэффициента передачи по току высокой максимальной частоты усиления и низкого значения сопротивления базы является основополагающей причиной низкого коэффициента шума в НВТ. Был произведен расчет коэффициента шума СВЧ усилителя на НВТ и установлено, что при расчете коэффициента шума необходимо учитывать корреляцию между источниками дробового шума в цепи базы и коллектора.

Во втором разделе на основе функциональных рядов Вольтерра проводится анализ нелинейного взаимодействия многочастотных и шумовых сигналов в твердотельном СВЧ усилителе на НВТ. Шумовые токи представляются случайным процессом, являющимся суперпозицией гармонических колебаний, амплитуда и фаза которых случайна. Это более общий случай модели, предложенной Релеем, для которой им получено известное распределение. В таком представлении реальный процесс со спектральной плотностью G(<a) заменяется некоторым эквивалентным случайным процессом в полосе Дсу, представляющим собой суперпозицию п колебаний со случайными начальными фазами и средним квадратом амплитуд равным G(a>)Aa>/n.

В настоящее время достаточно хорошо исследованы источники собственных шумов НВТ и природа их возникновения. Однако дальнейшей разработки требуют вопросы, связанные с исследованием изменения уровней этих шумов при работе усилителя в многочастотном нелинейном режиме. Решение такой задачи представляет интерес, во-первых, с радиофизической точки зрения, так как позволяет расширить представление о многочастотных процессах в твердотельных устройствах, во-вторых, с практической - поскольку может служить основой совершенствования современных МШУ на НВТ.

Для анализа работы усилителя в нелинейном режиме используется метод функциональных рядов Вольтерра. На основе этого метода выведены соотношения для расчёта изменения спектральной плотности собственного шума СВЧ усилителя на НВТ под действием помехи, мощность которой соответствует нелинейной области усиления, с учетом нелинейности самих шумовых источников. Эти соотношения учитывают изменение спектральных плотностей всех источников собственных шумов в усилителе.

С помощью выведенных соотношений проведён расчёт коэффициента изменения собственного шума ТРУ при воздействии на его вход интенсивной помехи. Показано, что с увеличением мощности помехи происходит подавление собственного шума. Установлено, что шумы паразитных сопротивлений уменьшаются при увеличении мощности помехи почти одинаково, уровень же совместного шума базы и коллектора увеличивается. Существующее различие в подавлении приводит к изменению в нелинейном режиме коэффициента шума усилителя.

Далее в разделе проводится анализ нелинейного взаимодействия в твердотельном устройстве многочастотных и шумовых сигналов, создаваемых внешними источниками естественного или искусственного происхождения. В отличие от собственных, шумы внешних источников имеют такой же механизм усиления, что и сигналы. Поэтому в нелинейном режиме изменение уровней сигнала и составляющих шума осуществляется в одинаковой степени. Однако наряду с изменением происходит и образование комбинационных составляющих второго, третьего и более высоких порядков, которое приводит к ухудшению выходного отношения сигнал/шум.

Затем на основе теоретических результатов, полученных ранее в этом разделе, выведено соотношение для двухсигнального коэффициента шума (ДКШ) ТРУ. Этот коэффициент учитывает как изменение коэффициента усиления в нелинейном режиме, так и изменение уровней собственных и внешних шумов. Эффективность использования такого параметра при решении задач ЭМС очевидна, так как он позволяет достоверно оценить реальную чувствительность приёмника в конкретной помеховой обстановке.

В третьем разделе диссертационной работы, на основе нелинейной шумовой модели МШУ на НВТ, рассмотренной в главе 1, и разработанного метода анализа, рассматривался вопрос обеспечения оптимального сочетания односигнальных и многосигнальных характеристик, позволяющего использовать потенциальные возможности усилителя в насыщенной электромагнитными помехами обстановке. Речь идет об отыскании путей управления характеристиками МШУ в меняющейся ЭМО. Проведены теоретические исследования зависимостей коэффициента усиления, верхней границы динамического диапазона (ВГДД) по блокированию по уровню Кбл = -3дБ и коэффициента шума усилителя от смещающего напряжений база-эмиттер и коллектор-эмиттер, которые характеризуют режим работы МШУ. Было установлено, что при увеличении напряжения база-эмиттер коэффициент усиления и коэффициент шума растут, а ВГДД по блокированию имеет минимум, следовательно, оптимальный режим работы усилителя определяется компромиссом между режимом максимального коэффициента усиления и минимального коэффициента шума. При исследовании зависимостей коэффициента блокирования Кбл и коэффициента подавления собственного шума К"" исследуемого усилителя от рабочего напряжения на базе в присутствии помехи с мощностью 1 мВт было установлено, что минимальная величина возрастания коэффициента шума, которая определяется при максимальном сближении кривых Кй1 и К™, изменяется с ростом напряжения база-эмиттер, следовательно, существует возможность оптимизации этого параметра.

При исследовании зависимость уровня интермодуляционного продукта третьего порядка на частоте 2сог - ах для AlGaAs/GaAs НВТ от напряжения база-эмиттер было обнаружено, что при определенном значении напряжения мощность интермодуляционного продукта имеет минимум.

При рассмотрении влияния напряжения коллектор-эмиттер на нелинейные и шумовые характеристики СВЧ усилителя на НВТ было установлено, что это изменение этого напряжения не оказывает существенного влияния на характеристики усилителя.

В работе рассмотрено влияние изменения конструктивных параметров НВТ на коэффициент усиления, коэффициент шума и ВГДД по блокированию. В результате проведенного исследования были даны практические рекомендации по выбору параметров НВТ, позволяющих добиться увеличения ВГДД при допустимом ухудшении других характеристик. Нелинейные свойства усилителя в присутствии интенсивной помехи характеризовались коэффициентом блокирования с учетом изменения коэффициента усиления устройства. Сформированная таким образом интегральная оценка расширения ВГДД по блокированию показала, что для уровня блокирования в 3 дБ значение ВГДД может быть увеличено на 6 дБ при незначительном уменьшении коэффициента усиления (с 12,5 дБ до 11 дБ) и повышении коэффициента шума (0,22 дБ).

В четвёртом разделе работы анализируется формирование нелинейных эффектов третьего порядка, и рассчитываются характеристики ЭМС СВЧ усилителя на НВТ. Исследование поведения нелинейных характеристик транзистора является важной задачей, решение которой позволит оптимизировать режим работы НВТ и, в итоге, улучшить ЭМС характеристики СВЧ усилителя на его основе.

В сложной электромагнитной обстановке на входе усилителя могут оказаться помехи с уровнем, превышающим верхнюю границу динамического диапазона, ведущие к возникновению нелинейных эффектов в усилителях на НВТ. Как показано в главе 3, при изменении смещающего напряжения нелинейные характеристики претерпевают не только количественные (уменьшение мощности интермодуляционного продукта третьего порядка) но и качественные изменения (переход от антиблокирования к блокированию). К тому же, на практике наблюдается высокая линейность усилителей на НВТ, не смотря на то, что зависимости тока базы и тока коллектора от напряжений база-эмиттер и база-коллектор - экспоненциальные функции и, исходя из этого, следовало бы ожидать экспоненциальной зависимости гармоник второго и третьего порядка от величины входной мощности. Целью, поставленной в данной главе, явилось построение на основе рядов Вольтерра математической модели, описывающей формирование нелинейных эффектов третьего порядка в СВЧ усилителе на НВТ и использование разработанной методики с целью оптимизации режима работы НВТ в помеховой обстановке. Выбор метода рядов Вольтерра обусловлен тем, что он позволяет наглядно показать вклад каждого нелинейного продукта в формирование нелинейного эффекта в целом.

Для анализа работы СВЧ усилителя на НВТ была выбрана нелинейная малосигнальная модель (глава 1), дополненная постоянной паразитной индуктивностью в цепи эмиттера. Для расчета нелинейных эффектов с помощью рядов Вольтерра линейная эквивалентная схема преобразуется в нелинейную путем добавления дополнительных источников тока в ветви, содержащие нелинейные элементы.

Полученное соотношение для выходного тока второй гармоники показало, что нелинейные токи, генерируемые в цепи базы и в цепи коллектора, компенсируют друг друга, так как в конечную формулу входят с противоположными знаками. Минимальное значение уровень второй гармоники будет принимать при условии, когда усиленные нелинейные токи в цепи базы будут приблизительно одного порядка с нелинейным током в цепи коллектора.

Аналогичные вычисления были проведены для расчета интермодуляционного продукта третьего порядка на частоте 2<у, - а>2, причем, при расчете учитывался как интермодуляционный продукт, обусловленный собственно нелинейностью третьего порядка, так и продукт, образующийся в результате смешения продуктов первого и второго порядков на нелинейности второго порядка. Было показано, что эти продукты компенсируют друг друга, что отражается в знаке "-" в формулах для нахождения значений дополнительных источников тока. Исследования показали, что кроме взаимной компенсации нелинейных токов, генерируемых в цепи базы и коллектора, уровень интермодуляционного продукта третьего порядка зависит как от соотношения между коэффициентами разложения нелинейных элементов эквивалентной схемы (зависящих в свою очередь от напряжения в рабочей точке ибэ), так и от входного импеданса Zs.

Проведенный анализ для интермодуляционной составляющей на частоте 2а>х - а>2 будет справедлив и при рассмотрении других нелинейных эффектов третьего порядка, таких как блокирование и компрессия.

Как было показано в главе 3, при изменении напряжения база-эмиттер мощность интермодуляционного продукта третьего порядка имеет минимум. Разработанная модель позволила найти условия, при которых этот минимум достигается, и сформировать практические рекомендации по выбору входного импеданса и величины смещающего напряжения, обеспечивающего улучшенные ЭМС характеристики СВЧ усилителя на НВТ.

В дальнейшем, были рассчитаны характеристики блокирования, интермодуляции в зависимости от режима работы и входного сопротивления СВЧ усилителя на НВТ с помощью рядов Вольтерра. Для сравнения эти же характеристики были рассчитаны с помощью метода гармонического баланса с использованием модели Гуммеля—

Пуна. Расчеты проводились в пакете схемотехнического моделирования Microwave Office 2004 и с помощью программного комплекса, разработанного на кафедре электроники Воронежского государственного университета. Были рассмотрены модели 2-х типов НВТ: GaAs НВТ NEC NE52418 и SiGe НВТ Infineon BFP620. Показано хорошее совпадение характеристик, рассчитанных методом рядов Вольтерра и методом гармонического баланса, к тому же рассчитанные характеристики достаточно хорошо совпали с экспериментальными данными.

Характерные явления, такие как минимум мощности интермодуляционной составляющей и максимум точки пересечения по продуктам интермодуляции третьего порядка проявили себя как для арсенид-галлиевого, так и для кремний-германиевого НВТ. Это позволяет говорить о том, что сформированная в работе математическая модель нелинейного поведения СВЧ усилителя на НВТ позволяет определять оптимальное входное сопротивление и оптимальный режим работы СВЧ усилителя, не зависимо от типа используемого НВТ.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты.

Основными положениями, выносимыми на защиту, являются:

- Результаты расчета шумовых характеристик СВЧ усилителя на НВТ в линейном и нелинейном режиме его работы, позволяющие оценить чувствительность приемника в условиях действия помех.

- Рекомендации по расширению динамического диапазона по блокированию СВЧ усилителя на НВТ в зависимости от его электрического режима.

- Результаты оптимизации электрофизических и конструктивных параметров НВТ с целью расширению динамического диапазона по блокированию СВЧ усилителя на его основе.

- Результаты оптимизации входного сопротивления и режима работы СВЧ усилителя на НВТ с целью расширения его динамического диапазона по интермодуляции.

- Соотношения для расчета взаимной компенсации интермодуляционных продуктов третьего порядка с целью улучшения характеристик ЭМС СВЧ усилителя на НВТ.

Апробация работы.

Основные материалы по всем разделам диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы микроэлектроники и твердотельной электроники" (г. Дивноморское, 2006); международной научно-технической конференции "Радиолокация, навигация и связь" (г. Воронеж, 2003, 2004, 2007); международном симпозиуме по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии (г. С.Петербург, 2007); международной научно-технической конференции "Физика и технические приложения волновых процессов" (г. Самара, 2007); научной сессии Воронежского государственного университета (г. Воронеж, 2007).

Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в 10 печатных работах [130- 139].

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 107 страницах машинописного текста, 2 таблиц и 53 иллюстраций на 30 листах, списка литературы из 139 наименований на 17 листах. Объем диссертации составляет 154 страницы.

Выводы:

1. Проанализировано формирование нелинейных эффектов третьего порядка в СВЧ усилителе на НВТ.

2. Установлено, что уровень второй гармоники обусловлен взаимной компенсацией нелинейных токов, генерируемых в цепи базы и коллектора, а характер и уровень нелинейных продуктов третьего порядка обуславливаются взаимной компенсацией этих токов, соотношением между коэффициентами разложения нелинейных элементов эквивалентной схемы в ряд Тейлора в окрестности рабочей точки и входным импедансом.

3. Выведены соотношения для расчета оптимального входного сопротивления и режима работы СВЧ усилителя на НВТ для достижения минимума интермодуляционного продукта. Эти же соотношения позволяют для любого входного сопротивления усилителя найти условие перехода от антиблокирования к блокированию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Синтезирована модель биполярного транзистора с гетеропереходом, позволяющая рассчитывать линейные и нелинейные характеристики малошумящих усилителей на НВТ.

2. Установлено, что при расчете коэффициента шума необходимо учитывать корреляцию между нелинейными источниками дробового шума в цепи базы и коллектора. Показано, что коэффициент корреляции является частотно зависимым и увеличивается с ростом частоты.

3. Проанализировано изменение собственных шумов СВЧ усилителя на НВТ при работе его в нелинейном режиме. Рассчитаны зависимости изменения уровня собственных шумов на выходе ТРУ от входной мощности помехи с учётом нелинейности шумовых источников транзистора. Проведен анализ совместного усиления полезного сигнала, внешнего шума и монохроматической помехи в нелинейном режиме ТРУ на НВТ, позволяющий оценить возможности усилителя по приему слабого сигнала.

4. Исследовано поведение зависимостей коэффициента усиления, минимального коэффициента шума, верхней границы динамического диапазона по блокированию от конструктивных параметров НВТ и его режима работы по постоянному току. Проведена оптимизация конструктивных параметров НВТ, позволяющая синтезировать данные транзисторы с улучшенными параметрами электромагнитной совместимости.

5. Проанализировано формирование нелинейных эффектов третьего порядка в СВЧ усилителе на НВТ. Показан вклад каждого нелинейного продукта в конечный нелинейный эффект.

6. Выведены соотношения для расчета оптимального входного сопротивления и режима работы СВЧ усилителя на НВТ для достижения минимума интермодуляционного продукта. На основе выведенных соотношений рассчитаны характеристики ЭМС СВЧ усилителя на НВТ.

1. Гаман В.И. Физика полупроводниковых приборов: учебн. пособие / В.И. Гаман. Томск : Изд-во HTJI, 2000. - 426 с.

2. Шур М. Современные приборы на основе арсенида галлия / М. Шур. М.: Мир. 1991.-632 с.

3. К. Гупта. Машинное проектирование СВЧ устройств/ К. Гупта, Р. Гадж, Р. Чадха. М.: Радио и связь, 1987. - 429 с.

4. Л. Росадо Физическая электроника и микроэлектроника/Пер. с исп. С.И. Баскакова под ред. В.А. Терехова. М.: Высшая школа, 1991.-351 с.

5. В.Н. Данилин. Аналоговые полупроводниковые интегральные схемы СВЧ / В.Н. Данилин, А.И. Кушниренко, Г.В. Петров. -М. Радио и связь, 1985. - 192 с.

6. Блихер А. Физика силовых биполярных и полевых транзисторов: Пер с англ./ Под ред. И.В. Грехова. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отделение, 1986. - 248 с.

7. Шарма Б.Л. Полупроводниковые гетеропереходы / Шарма Б.Л., Пурохит Р.К. М.: Сов. радио, 1979, 232 с.

8. Батлер Л. О смесителях. Теория смешения сигналов двух частот для получения продуктов объясняется с помощью анализатора спектра и тригонометрических тождеств // AmateurRadio. -1988.- №4.

9. Разедвиг В. Д. Применение программ P-CAD и PSpice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ: ВВ 4 выпусках / В. Д. Разедвиг. М.: Высш. школа, 1989.

10. Разедвиг В. Д. Проектирование СВЧ устройств с помощью Mucrowave Office / В. Д. Разедвиг. М.: Солон, 1999, 493 с.

11. Разедвиг В. Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DesignLab 8.0. / В. Д. Разедвиг. М.: Солон, 1999, 698 с.

12. Богданович Б.М. Нелинейные искажения в приемно-усилительных устройствах. М.: Связь, 1980. - 279 с.

13. Богданович Б.М. Радиоприемные устройства с большим динамическим диапазоном. М.: Радио и связь, 1984. - 176 с.

14. Богданович Б.М. Основы теории и расчета малосигнальных электронных усилителей с контролируемыми нелинейными искажениями. Минск.: Высшая школа, 1974. - 219 с.

15. Шварц Н.З. Полупроводниковые входные устройства СВЧ / Н.З.Шварц, В.С.Эткин, Ю.Л.Хотунцев и др.; под ред. В.С.Эткина.-М.: Сов.радио, 1975.

16. Шахнович И. Твердотельные СВЧ приборы и технологии. Невоспетые герои беспроводной революции. // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2005. - №4. С. 12-18.

17. Петросянц К.О. Сравнительный анализ схемотехнических моделей SiGe гетеропереходного биполярного транзистора / К.О. Петросянц, Р.А. Торговников // Известия вузов. Электроника. 2006. - №5. - с. 107 - 114.

18. Тимошенков В.П. Сосотояние и перспективы развития технологии кремниевых гетеропереходных биполярных транзисторов для СВЧ применений / В.П. тимошенков // Известия вузов. Электроника. 2006. - №5. - с. 13 - 18.

19. Хоровиц П. Искусство схемотехники / П. Хоровиц, У. Хилл :М. -Мир. 1998.-704 с.

20. Волков Е.А. Численные методы. М.: Наука. - 1987.

21. Laurent Escotte. Noise modeling of microwave heterojunction bipolar transistors / Laurent Escotte, Jean-Phillippe Roux, Robert Plana, Jacques Graffeuil, Andreas Gruhle // IEEE transactions on electron devices. 1995/ - vol. 42. - №5. - p. 883 - 889.

22. Alain Geens. Noise Figure Measurements on Nonlinear Devices / Alain Geens, Yves Rolain // IEEE transactions on instrumentation and measurement. 2001. - vol. 50. - №4. - p. 971 - 975.

23. Guofii Niu. Noise in SiGe HBT RF technology: physics, modeling, and circuit implications // Proceedings of the IEEE. 2005. - vol. 93.-№9.-p. 1583- 1597.

24. NPN silicon germanium RF transistor BFP 620. Datasheet.

25. Low noise amplifier NPN GaAs HBT NE52118. Datasheet.

26. Low noise amplifier NPN GaAs HBT NE52418. Datasheet.30. 100 1300 MHz silicon germanium cascadable low noise amplifier SGL-0163. Datasheet.

27. Matthias Rudolph. On compact HBT RF noise modeling I Matthias Rudolph, Peter Heymann // IEEE radio frequency integrated circuits symposium. 2007. - p. 1783 - 1786.

28. Bhaskar Banerjee. Broadband noise modeling of SiGe HBT under cryogenic temperatures / Bhaskar Banexjee, Sunitha Venkataraman, Chang-Ho Lee, Joy Laskar // IEEE radio frequency integrated circuits symposium. 2007. p. 765 - 768.

29. F.Sischka. Gummel poon bipolar model. Model description. Parameter extraction. Munich : Agilent Technologies. - 2001. - 1111. P

30. Букингем. М. Шумы в электронных приборах и системах. М.: Мир, - 1986.-398 с.

31. М. Rudolph. An НВТ noise model valid up to transit frequency. / M. Rudolph, R. Doerner, L. Klapproth, P. Heymann // IEEE electron device letters. 1999. vol. 20. - №1. - p. 24 - 26.

32. James Chingwei Li. Predictive modeling of InGaP/GaAs HBT noise parameters from DC and SParameter data for wireless power amplifier design / James Chingwei Li, Peter J. Zampardi, and Van Pho // International conference от compound semiconductor. 2003.

33. S. P. Voinigescu et al, A scalable high-frequency noise model for bipolar transistors with application to optimal transistor sizing for low-noise amplifier design // IEEE Journal of Solid-State Circuits. -1997.-vol. 32. p.1430-1439.

34. Mohamed A. Selim. Accurate high-frequency noise modeling in SiGe HBTs. www.rfdesign.com. - 2006. - p. 24 - 32.

35. Matthias Rudolph. The influence of microwave two-port noise on residual phase noise in GaAs-HBTs. / Matthias Rudolph, Peter Heymann. 34 European Microwave Conference. - Amsterdam. -2004.-p. 945-948.

36. M. Rudolph, noise modelling and measurements of GalnP/GaAs-HBT / M. Rudolph, R. Doerner, P. Heymann // International Workshop of the German IEEE MTT/AP Chapter"RF and Microwave Noise". 1996. - №10. - 7 p.

37. Kenneth H. K. Yau. Modeling and extraction of SiGe HBT noise parameters from measured Y-Parameters and accounting for noise correlation. / Kenneth H. K. Yau, Sorin P. Voinigescu ; Toronto. -University of Toronto. 2005. - 4 p.

38. Qingqing Liang, systematic analysis and optimization of broadband noise and linearity in silicon germanium heterojunction bipolar transistors. School of Electrical and Computer Engineering Georgia Institute of Technology, 2002. - 133 p.

39. Xizhen Tian. Noise analysis of a photoreceiver using a P-I-N and GaAs HBT distributed amplifier combination / Xizhen Tian, A. P. Freundorfer, Langis Roy // IEEE microwave and wireless components letters. 2003. - vol. 43. - №13. - p. 208 - 210.

40. Guofu Niu. Noise modeling and SiGe profile design tradeoffs for RF applications / Guofu Niu at all // IEEE transactions on electron devices. 2000. - vol. 47. - №11. - p. 2037 - 2044.

41. Huber A. RF noise characterization of a high performance InP/InGaAs HBT / A. Huber at al ; Gloriastr. Electronics Laboratory, Swiss Federal Institute of Technology Zurich. - 1998. -7 p.

42. Jeroen C. J. Paasschens. Compact modeling of the noise of a bipolar transistor under DC and AC current crowding conditions // IEEE transactions on electron devices. 2004. - vol. 51. - №9. p. 1483 -1495.

43. Peter Heymann. Modeling of low-frequency noise in GalnP/GaAs Hetero-Bipolar Transistors / Peter Heymann, Matthias Rudolph, Ralf Doerner, Friedrich Lenk // IEEE. 2001.

44. Working with Model Libraries. Intusoft. 2001. - 199 p.

45. Walid Hafez. Submicron InP-InGaAs single Heterojunction Bipolar Transistors with fT of 377 GHz / Walid Hafez, Jie-Wei Lai, Milton Feng // IEEE electron device letters. 2003. - vol. 24. - №5. - p. 292-294.

46. Paul FL Berger. An AlGaAs double-heterojunction bipolar transistor grown by molecularbeam epitaxy / Paul FL Berger, Naresh Chand, Niloy K. Dutta // Appt. Phys. Lett. 1991. - vol. 59. - №9. p. 1099 - 1101.

47. P. C. Chang. AIGaAs/InGaAsN/G PnP double Heterojunction Bipolar Transistor / P. C. Chang, A. G. Baca; Albuquerque : Sandia National Laboratories. 1997.

48. F. X. Sinnesbichler. Electro-thermal large-signal modeling of SiGe HBTs / F. X. Sinnesbichler, G. R. Olbrich; 29th European Microwave Conference : Munich. 1999.

49. F. J. Levi. Vertical scaling in heterojunction bipolar transistors with nonequilibrium base transport / A. F. J. Levi at al // Appl. Phys. Lett. 1992. - vol. 60. - p. 460 - 462.

50. Joonwoo Lee. Intermodulation mechanism and linearization of AlGaAs/GaAs HBT's / Joonwoo Lee at al // IEEE transactions on microwave theory and techniques. 1997. - vol.45/ - №12. - p. 2065 - 2072.

51. Masaya Iwamoto. Linearity characteristics of GaAs HBTs and the influence of collector design / Masaya Iwamoto at al // IEEE transactions on microwave theory and techniques. 2000. - vol.48. -№12.-p. 2377-2388.

52. Woonyun Kim. The effects of Cbc on the linearity of AlGaAs/GaAs power HBTs / Woonyun Kim at al // IEEE transactions on microwave theory and techniques. 2001. - vol.49. - №7. - p. 1270 - 1276.

53. Woonyun Kim. Analysis of nonlinear behavior of power HBTs / Woonyun Kim at al // IEEE transactions on microwave theory and techniques. 2002. - vol.50. - №7. - p. 1714 - 1722.

54. Junxiong Deng. Linearity analysis of SiGe HBT amplifiers using a power-dependent coefficient volterra technique / Junxiong Deng, Prasad S. Gudem, Lawrence E. Larson // IEEE. 2004. p. 479 -482.

55. Pingxi Ma. InGaP/GaAs HBT failure mechanism investigation and reliability enhancement / Pingxi Ma, Liyang Zhang, M. F. Chang; Los Angeles : University of California. 4. p.

56. Onno W. Purbo. A unified model of Early voltage for bipolar transistors at low temperatures / Onno W. Purbo; Bandung : Inter University Center on Microelectronics Institute of Technology Bandung. 6. p.

57. Nonlinear devices ; Agilent Technologies. 2000. - 604 p.

58. Mani Vaidyanathan. A theory of high-frequency distortion in bipolar transistors / Mani Vaidyanathan at al // IEEE transactions on microwave theory and techniques. 2003. - vol.51. - №2. - p. 448 -461.

59. Батенков В. А. Электрохимия полупроводников : учеб. пособие/ В. А. Батенков. Барнаул : Изд-во Алт. ун-та, 2002. - 162 с.

60. Gunther Palfinger. Modelling the Heterojunction Bipolar Transistor with VBIC / Gunther Palfinger : Institute for Solid State Physics Technical University Graz. 2000. - 154 p.

61. Gunnar Malm B. High frequency characterization and modeling of SiGe Heterojunction Bipolar Transistors ; Doctoral Thesis / B. Gunnar Malm. Stockholm : Royal Institute of Technology, - 2002. -72 p.

62. M. P. van der Heijden. On the optimum biasing and input out-of-band terminations of linear and power efficient Class-AB bipolar RF amplifiers / M. P. van der Heijden at al // IEEE BCTM 2.1. 2005. -p. 44-47.

63. Guang-bo Gao. Fundamentals, performance and reliability of III-V compound semiconductor heterojunction bipolar transistors / Guang-bo Gao at al. Urbana : University of Illinois, 2001. - 46 p.

64. Michael Schroter. HICUM. A scalable physics-based compact bipolar transistor model: Description of model version 2.1 / Michael Schroter.-2000.- 180 p.

65. Woonyun Kim. Physical model of the Cbc for the linearity characteristics of AlGaAs/GaAs HBTs / Woonyun Kim at al // Journal of the Korean Physical Society. 2001. - vol. 39. - №3. - p. 576-580.

66. D. L. Pulfrey. compact modeling of high frequency smal dimension bipolar transistors / D. L. Pulfrey, A. R. St. Denis, M. Vaidyanathan // IEEE COMMAD. 1998. - 5 p.

67. Anssi Hovinen. Process development and device modelling of gallium arsenide heterojunction bipolar transistors : Dissertation for the degree of doctor of science in technology / Anssi Hovinen. -Helsinki University of Technology. 2001. - 148 p.

68. R. Agaiby. An investigation into the performance of npn heterojunction bipolar transistors on SiGe virtual substrates / R. Agaiby et al. Newcastle, University of Newcastle Upon Tyne. -2006. - 3 p.

69. Onur Esame. Performance comparison of state-of-the-art heterojunction bipolar devices (HBT) based on AlGaAs/GaAs, Si/SiGe and InGaAs/InP / Onur Esame et al. // Microelectronics Journal. 2004. - №35. - p. 901 - 908.

70. Fujiang Lin. Extraction of VBIC model for SiGe HBTs made easy by going through Gummel-Poon model / Fujiang Lin et al. -Singapore, National University of Singapore. 2000. - 10 p.

71. Zhang Q.M. A new large signal HBT model / Q.M. Zhang et al // IEEE transactions on microwave theory and techniques. 1996. -vol. 44. - №11. - p. 2001 - 2009.

72. Rudolph M. Direct extraction of HBT equivalent-circuit elements / M. Rudolph, R. Doerner, and P. Heymann IEEE transactions onmicrowave theory and techniques. 1999. - vol. 47. - №1. - p. 82 -98.

73. Rudolph M. Scalable GalnP/GaAs HBT large-signal model / Matthias Rudolph, Ralf Doerner, Klaus Beilenhoff, Peter Heymann // IEEE transactions on microwave theory and techniques. 2000. - vol. 48. -№12.-p. 2370-2376.

74. Heymann P. Multiharmonic generators for relative phase calibration of nonlinear network analyzers / Peter Heymann, Ralf Doerner, Matthias Rudolph // IEEE transactions on instrumentation and measurement.-2001.-vol. 50. ~№1. -p. 129- 134.

75. Rudolph M. Unified model for collector charge in heterojunction bipolar transistors / Matthias Rudolph, Ralf Doerner, Klaus Beilenhoff, Peter Heymann // IEEE transactions on microwave theory and techniques. 2002. - vol. 50. - №7. - p. 1747 - 1751.

76. Sheinman B. A Peeling algorithm for extraction of the HBT small-signal equivalent circuit / B. Sheinman et al // IEEE transactions on microwave theory and techniques. 2002. - vol. 50. - №12. - p. 2804-2810.

77. Baquedano J. A. Comparison of graded and abrupt junction Ino.53Gao.47As heterojunction bipolar transistors / J. A. Baquedano, A. F. J. Levi, B. Jalali // Appl. Phys. Lett. 1994. - №1. - p. 67 - 69.

78. Rudolph M. New GalnP/GaAs-HBT large-signal model for power applications / M. Rudolph, R. Doerner, P. Heymann // European Microwave Conference Digest. 1998. - p. 231 - 235.

79. Rudolph M. Large-signal HBT model requirements to predict nonlinear behaviour / M. Rudolph, R. Doerner // IEEE MTT-S Digest. 2004. - №4. - p. 43 - 46.

80. Vuolevi J. Analysis, measurement and cancellation of the bandwidth and amplitude dependence of intermodulation distortion in RF power amplifiers. Oulu : Department of Electrical Engineering University ofOulu.- 2001. -151 p.

81. Dahlstrom M. Ultra high speed InP heterojunction bipolar transistors : Doctoral dissertation / M. Dahlstrom. Stockholm : Royal Institute of Technology. - 2003. - 180 p.

82. Rheinfelder C. Nonlinear modelling of SiGe HBTs up to 50 GHZ / C. Rheinfelder et al. // IEEE MTT-S Digest. 1997/ - №6. - p. 11 - 14.

83. Peniket N.A. GaAs HBT MMIC technology: a commercial reality / N.A. Peniket // GEC review. 1999. - vol .14. - №2. - p. 95 - 102.

84. Datta S. A Thermionic-emission-diffusion model for graded base pnp heterojunction bipolar transistors / S. Datta, K. P. Roenker, M. M. Cahay // Journal of applied physics. 1998. - vol. 83. - №12. - p. 8036-8046.

85. Rudolph M. Scaling of GalnP/GaAs HBT equivalent-circuit elements / M. Rudolph, R. Doerner, E. Richter, P. Heymann // European Gallium Arsenide, and Related Compounds, Application Symposium (GAAS 99) proceedings. 1999. - p. 113 - 116.

86. Zhenqiang Ma A High-power and High-gain X-Band Si/SiGe/Si heterojunction bipolar transistor / Zhenqiang Ma et al. // IEEE transactions on microwave theory and techniques. 2002. - vol. 50. -№4.-p. 1101 - 1108.

87. Rudolph M. Modeling emitter breakdown in GaAs-Based HBTs / M. Rudolph, F. Schnieder, W. Heinrich // IEEE MTT-S Digest. 2003. -№6.-p. 651 -654.

88. Rudolph M. On the Gunn effect in GaAs HBTs / M. Rudolph, F. Schnieder, W. Heinrich // IEEE MTT-S Digest. 2001.

89. Lenk F. New Extraction algorithm for GaAs-HBTsWith low intrinsic base resistance / F. Lenk, M. Rudolph. Berlin : Ferdinand-Braun-Institut fur Hochstf. - 2002.

90. Schott M. 38 GHz Push-Push GaAs-HBT MMIC oscillator / M. Schott et al. Berlin : Ferdinand-Braun-Institut fur Hochstf. - 2002.

91. Rudolph M. towards a unified method to implement transit-time effects in pi-topology HBT compact models / M. Rudolph et al. -Berlin : Ferdinand-Braun-Institut fur Hochstf. 2002.

92. Lenk F. Low phase-noise monolithic GalnP/GaAs-HBT VCO for 77 GHz / F. Lenk et al. Berlin : Ferdinand-Braun-Institut fur Hochstf. -2002.

93. Heymann P. Low phase noise monolithic oscillators using GalnP/GaAs HBT-Technology / P. Heymann // IMS. 2003. - p. 142.

94. Владимиров В.И. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и систем/ Владимиров В.И., Докторов

95. A.Д., Елизаров Ф.В.- М.: Радио и связь, 1985. 272с.

96. Петровский В.И. ЭМС радиоэлектронных средств / Петровский

97. B.И., Седельников Ю.Е.- М.: Радио и связь, 1986. 216с.

98. Бабанов Ю.Н. Проблема взаимных помех при совместной работе радиосистем : Учебн.пособие / Бабанов Ю.Н., Силин А.В.-ГГУ,1975.

99. Князев А.Д. Элементы теории и практики обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. -М.: Радио и связь, 1984. 336с.

100. Калашников Н.И. Основы расчёта электромагнитной совместимости систем связи через ИСЗ. М.: Связь, 1970. -160с.

101. Грибов Э.Б. Нелинейные явления в приёмопередающем тракте аппаратуры связи на транзисторах.- М.: Связь, 1971. 264с.

102. Бобрешов A.M. Анализ нелинейных схем методом рядов Вольтерра : учебное пособие / Бобрешов A.M., Мымрикова Н.Н., Головкин А.А. Воронеж : Изд-во Воронеж. Ун-та, 2006. -47 с.

103. Алгазинов Э.К., Мноян В.И. Входные усилители СВЧ в свете требований электромагнитной совместимости// Радиотехника.-1985.-N8.- С.3-13.

104. ПЗ.Бокк О.Ф. Динамический диапазон транзисторных каскадов радиоприемных устройств / О.Ф. Бокк, Э.Б. Грибов, В.П. Чернолихова // Радиотехника. 1974. - т. 29. - с. 65 - 70.

105. Защита от радиопомех/ Под ред. Максимова М.В.- М.: Сов.радио, 1976.- 496с.

106. Алгазинов Э.К., Бобрешов A.M. Коэффициент шума приемника при наличии помех // Радиотехника. 1980. -№6. С. 35-36.

107. Алгазинов Э.К., Бобрешов A.M., Аверина Л.И. Изменение шумов в усилителе на полевом транзисторе в нелинейном режиме // Радиотехника и электроника. 1996. - т. 41, № 11. — С. 1386- 1389.

108. Алгазинов Э.К., Бобрешов A.M., Аверина Л.И., Лопатин А.И. Шумовые характеристики усилителя на НЕМТ транзисторе в нелинейном режиме // Известия ВУЗов. Электроника. -2001. -№2. С. 66-70.

109. Алгазинов Э.К. Характеристики нелинейного взаимодействия помехи и собственного шума в транзисторном усилителе / Э.К. Алгазинов, A.M. Бобрешов, Л.И. Аверина. 1999.

110. Алгазинов Э.К. Характеристики входного СВЧ усилителя, влияющие на помехозащищенность приемной системы / Алгазинов Э.К., Мноян В.И. // Электронная техника, сер. Электроника СВЧ. 1981. - №2. - с. 3-7.

111. Алгазинов Э.К. Определение S-параметров твердотельного прибора в нелинейном режиме работы / Э.К. Алгазинов, Л.И. Аверина, A.M. Бобрешов // Радиоэлектроника. 2000. - №6. - с. 33 -35.

112. Алгазинов Э.К., Бобрешов A.M., Воробьев A.M., Нестеренко Ю.Н. Электромагнитная совместимость радиоприемных устройств СВЧ. Воронеж, ВГУ, 2003. 85 с.

113. Steer М.В., Khan P.J., Tucker R.S. Relationship of Volterra series and generalized power series// Proc. IEEE.- 1983.- N 12.- P.1453-1454.

114. Maas S.A. Analysis and optimization of nonlinear microwave circuits by Volterra series analysis// Microwave J.- 1990,- N 4.- P.245-251.

115. Хотунцев Ю.Л. Интермодуляционные искажения в приемных и передающих СВЧ полупроводниковых устройствах // известия вузов. Радиоэлектроника. 1983. - №10. - с. 28 - 38.

116. Ван дер Зил А. Шум. Источники. Описание. Измерение: Пер. с англ./ Под ред. А.К.Нарышкина.- М.: Сов.радио, 1973.- 225с.

117. W. Shockley The theory of p-n junctions in semiconductors and p-n junction transistors, Bell. Syst. Tech. L, 28, 435-489.

118. M. J. Buckingham, E. A. Faulkner The theory of inherent noise in p-n junction diodes and bipolar transistors, The Radio and Elect. Eng., 44, p.125-140.

119. Ахманов С.А., Дьяков Ю.Е., Чиркин A.C. Введение в статистическую радиофизику и оптику. М.: Наука, 1981.- 640с.

120. Кремер И.Я., Владимиров В .И., Карпухин В.И. Модулирующие помехи и приём радиосигналов.- М.: Сов.радио, 1978.- 480с.

121. Бобрешов A.M. Изменение собственного шума усилителя на биполярном транзисторе с гетеропереходом в нелинейном режиме / A.M. Бобрешов, Л.И. Аверина, А.В. Хрипушин // Изв. вузов. Электроника. Б.м., 2007. - № 4. - с. 15 - 20.