Особенности согласования полевых транзисторных структур на минимум шум-фактора в дециметровом диапазоне
В настоящей работе предлагается методика расчета шумовых характеристик усилителей на полевых транзисторах с барьером Шоттки, включая HEMT-структуры. Основой методики является использование обобщенных характеристик транзисторной структуры, названных макропараметрами. Они инвариантны относительно разм...
Gespeichert in:
| Datum: | 2002 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Радіоастрономічний інститут НАН України
2002
|
| Schriftenreihe: | Радиофизика и радиоастрономия |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122325 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Особенности согласования полевых транзисторных структур на минимум шум-фактора в дециметровом диапазоне / А.М. Королев // Радиофизика и радиоастрономия. — 2002. — Т. 7, № 3. — С. 273-288. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-122325 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1223252017-07-03T03:03:15Z Особенности согласования полевых транзисторных структур на минимум шум-фактора в дециметровом диапазоне Королев, А.М. В настоящей работе предлагается методика расчета шумовых характеристик усилителей на полевых транзисторах с барьером Шоттки, включая HEMT-структуры. Основой методики является использование обобщенных характеристик транзисторной структуры, названных макропараметрами. Они инвариантны относительно размерного масштабирования, слабо зависят от режима по постоянному току и могут измеряться низкочастотной аппаратурой. Единственный феноменологический параметр (F) вводится как характеристика крупного структурно-технологического класса FET (F ≈ 0.4 для MESFET, F ≈ 0.6 для HEMT, F ≈ 0.7 для PHEMT). На основе метода макропараметров для узкозатворных транзисторных структур в дециметровом диапазоне определены критерии реализуемости режима согласования на минимум шум-фактора с учетом свойств входного индуктивного элемента как отрезка специфической линии передачи. У цій роботі пропонується методика розрахунку шумових характеристик підсилювачів на польових транзисторах з бар’єром Шоттки, включаючи HEMT-структури. Базою методики є використання узагальнених характеристик транзисторної структури, названих мікропараметрами. Вони інваріантні відносно розмірного масштабування, слабо залежать від режиму по постійному струму і можуть вимірюватись низькочастотною апаратурою. Єдиний феноменологічний параметр (F) вводиться як характеристика крупного структурно-технологічного класу FET (F ≈ 0.4 для MESFET, F ≈ 0.6 для HEMT, F ≈ 0.7 для PHEMT). На базі методу макропараметрів для вузькозатворних транзисторних структур в дециметровому діапазоні визначені критерії можливості реалізації режиму узгодження на мінімум шум-фактора, зважаючи на властивості індуктивного елемента як відрізка специфічної лінії передачі. Novel method for deriving the noise characteristics of FET (including HEMT) amplifier is presented. It is based on generalized FET characteristics, denoted as macroparameters. They are invariant to scaling, measurable by rf-instruments and have only a weak dependence on dc-conditions. The sole phenomenological parameter (F) is introduced as characteristics of a large structural class of FETs (F ≈ 0.4 for MESFET, F ≈ 0.6 for HEMT and F ≈ 0.7 for PHEMT). Based on the "macroparameter approach" and taking into account the properties of input inductor as a distinctive transmission line, the conditions for minimum noise temperature realization are determined for moderately-long-gate transistors over the frequency range from 0.3 to 5 GHz. 2002 Article Особенности согласования полевых транзисторных структур на минимум шум-фактора в дециметровом диапазоне / А.М. Королев // Радиофизика и радиоастрономия. — 2002. — Т. 7, № 3. — С. 273-288. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. 1027-9636 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122325 621.375.029 ru Радиофизика и радиоастрономия Радіоастрономічний інститут НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
В настоящей работе предлагается методика расчета шумовых характеристик усилителей на полевых транзисторах с барьером Шоттки, включая HEMT-структуры. Основой методики является использование обобщенных характеристик транзисторной структуры, названных макропараметрами. Они инвариантны относительно размерного масштабирования, слабо зависят от режима по постоянному току и могут измеряться низкочастотной аппаратурой. Единственный феноменологический параметр (F) вводится как характеристика крупного структурно-технологического класса FET (F ≈ 0.4 для MESFET, F ≈ 0.6 для HEMT, F ≈ 0.7 для PHEMT). На основе метода макропараметров для узкозатворных транзисторных структур в дециметровом диапазоне определены критерии реализуемости режима согласования на минимум шум-фактора с учетом свойств входного индуктивного элемента как отрезка специфической линии передачи. |
| format |
Article |
| author |
Королев, А.М. |
| spellingShingle |
Королев, А.М. Особенности согласования полевых транзисторных структур на минимум шум-фактора в дециметровом диапазоне Радиофизика и радиоастрономия |
| author_facet |
Королев, А.М. |
| author_sort |
Королев, А.М. |
| title |
Особенности согласования полевых транзисторных структур на минимум шум-фактора в дециметровом диапазоне |
| title_short |
Особенности согласования полевых транзисторных структур на минимум шум-фактора в дециметровом диапазоне |
| title_full |
Особенности согласования полевых транзисторных структур на минимум шум-фактора в дециметровом диапазоне |
| title_fullStr |
Особенности согласования полевых транзисторных структур на минимум шум-фактора в дециметровом диапазоне |
| title_full_unstemmed |
Особенности согласования полевых транзисторных структур на минимум шум-фактора в дециметровом диапазоне |
| title_sort |
особенности согласования полевых транзисторных структур на минимум шум-фактора в дециметровом диапазоне |
| publisher |
Радіоастрономічний інститут НАН України |
| publishDate |
2002 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122325 |
| citation_txt |
Особенности согласования полевых транзисторных структур на минимум шум-фактора в дециметровом диапазоне / А.М. Королев // Радиофизика и радиоастрономия. — 2002. — Т. 7, № 3. — С. 273-288. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. |
| series |
Радиофизика и радиоастрономия |
| work_keys_str_mv |
AT korolevam osobennostisoglasovaniâpolevyhtranzistornyhstrukturnaminimumšumfaktoravdecimetrovomdiapazone |
| first_indexed |
2025-07-08T21:30:54Z |
| last_indexed |
2025-07-08T21:30:54Z |
| _version_ |
1837115932446556160 |
| fulltext |
Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò. 7, ¹3, ñòð. 273-288
© À. Ì. Êîðîëåâ, 2002
ÓÄÊ 621.375.029
Îñîáåííîñòè ñîãëàñîâàíèÿ ïîëåâûõ òðàíçèñòîðíûõ ñòðóêòóð
íà ìèíèìóì øóì-ôàêòîðà â äåöèìåòðîâîì äèàïàçîíå
À. Ì. Êîðîëåâ
Ðàäèîàñòðîíîìè÷åñêèé èíñòèòóò ÍÀÍ Óêðàèíû,
Óêðàèíà, 61002, ã. Õàðüêîâ, óë. Êðàñíîçíàìåííàÿ, 4
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 26 àïðåëÿ 2002 ã.
 íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðåäëàãàåòñÿ ìåòîäèêà ðàñ÷åòà øóìîâûõ õàðàêòåðèñòèê óñèëèòåëåé íà
ïîëåâûõ òðàíçèñòîðàõ ñ áàðüåðîì Øîòòêè, âêëþ÷àÿ HEMT-ñòðóêòóðû. Îñíîâîé ìåòîäèêè ÿâëÿ-
åòñÿ èñïîëüçîâàíèå îáîáùåííûõ õàðàêòåðèñòèê òðàíçèñòîðíîé ñòðóêòóðû, íàçâàííûõ ìàêðîïà-
ðàìåòðàìè. Îíè èíâàðèàíòíû îòíîñèòåëüíî ðàçìåðíîãî ìàñøòàáèðîâàíèÿ, ñëàáî çàâèñÿò îò ðå-
æèìà ïî ïîñòîÿííîìó òîêó è ìîãóò èçìåðÿòüñÿ íèçêî÷àñòîòíîé àïïàðàòóðîé. Åäèíñòâåííûé ôå-
íîìåíîëîãè÷åñêèé ïàðàìåòð (Φ) ââîäèòñÿ êàê õàðàêòåðèñòèêà êðóïíîãî ñòðóêòóðíî-òåõíîëîãè-
÷åñêîãî êëàññà FET ( 0.4Φ ≈ äëÿ MESFET, 0.6Φ ≈ äëÿ HEMT, 0.7Φ ≈ äëÿ PHEMT). Íà îñíîâå
ìåòîäà ìàêðîïàðàìåòðîâ äëÿ óçêîçàòâîðíûõ òðàíçèñòîðíûõ ñòðóêòóð â äåöèìåòðîâîì äèàïàçîíå
îïðåäåëåíû êðèòåðèè ðåàëèçóåìîñòè ðåæèìà ñîãëàñîâàíèÿ íà ìèíèìóì øóì-ôàêòîðà ñ ó÷åòîì
ñâîéñòâ âõîäíîãî èíäóêòèâíîãî ýëåìåíòà êàê îòðåçêà ñïåöèôè÷åñêîé ëèíèè ïåðåäà÷è.
Ó ö³é ðîáîò³ ïðîïîíóºòüñÿ ìåòîäèêà ðîçðàõóíêó øóìîâèõ õàðàêòåðèñòèê ï³äñèëþâà÷³â
íà ïîëüîâèõ òðàíçèñòîðàõ ç áàð�ºðîì Øîòòêè, âêëþ÷àþ÷è HEMT-ñòðóêòóðè. Áàçîþ ìåòîäèêè
º âèêîðèñòàííÿ óçàãàëüíåíèõ õàðàêòåðèñòèê òðàíçèñòîðíî¿ ñòðóêòóðè, íàçâàíèõ ì³êðîïàðàìåò-
ðàìè. Âîíè ³íâàð³àíòí³ â³äíîñíî ðîçì³ðíîãî ìàñøòàáóâàííÿ, ñëàáî çàëåæàòü â³ä ðåæèìó ïî ïî-
ñò³éíîìó ñòðóìó ³ ìîæóòü âèì³ðþâàòèñü íèçüêî÷àñòîòíîþ àïàðàòóðîþ. ªäèíèé ôåíîìåíîëîã³÷-
íèé ïàðàìåòð (Φ) ââîäèòüñÿ ÿê õàðàêòåðèñòèêà êðóïíîãî ñòðóêòóðíî-òåõíîëîã³÷íîãî êëàñó FET
( 0.4Φ ≈ äëÿ MESFET, 0.6Φ ≈ äëÿ HEMT, 0.7Φ ≈ äëÿ PHEMT). Íà áàç³ ìåòîäó ìàêðîïàðà-
ìåòð³â äëÿ âóçüêîçàòâîðíèõ òðàíçèñòîðíèõ ñòðóêòóð â äåöèìåòðîâîìó ä³àïàçîí³ âèçíà÷åí³ êðè-
òå𳿠ìîæëèâîñò³ ðåàë³çàö³¿ ðåæèìó óçãîäæåííÿ íà ì³í³ìóì øóì-ôàêòîðà, çâàæàþ÷è íà âëàñòè-
âîñò³ ³íäóêòèâíîãî åëåìåíòà ÿê â³äð³çêà ñïåöèô³÷íî¿ ë³í³¿ ïåðåäà÷³.
1. Ââåäåíèå
Ðàçâèòèå è ñîâåðøåíñòâîâàíèå ðàäèîàñòðî-
íîìè÷åñêèõ èíñòðóìåíòîâ, ñèñòåì ìîáèëüíîé
ñâÿçè è ñïóòíèêîâîãî òåëåâåùàíèÿ ñîïðîâîæ-
äàåòñÿ ðîñòîì ïîòðåáíîñòè â ÑÂ× óñèëèòåëü-
íûõ óñòðîéñòâàõ ñ ïðåäåëüíî äîñòèæèìûìè
øóìîâûìè õàðàêòåðèñòèêàìè. Â íàñòîÿùåå
âðåìÿ íàèëó÷øèìè õàðàêòåðèñòèêàìè, â äèà-
ïàçîíàõ äëèí âîëí îò ìåòðîâûõ äî ìèëëèìåò-
ðîâûõ, îáëàäàþò óñèëèòåëè íà ïîëåâûõ òðàí-
çèñòîðàõ ñ áàðüåðîì Øîòòêè (FET).
Îäíàêî, îòìå÷àÿ ïðîãðåññ â àáñîëþòíûõ
ïàðàìåòðàõ óñèëèòåëåé, íóæíî òàêæå óïîìÿ-
íóòü íåóäîâëåòâîðèòåëüíóþ ñòåïåíü ðåàëè-
çàöèè ïîòåíöèàëüíûõ âîçìîæíîñòåé òðàíçè-
ñòîðîâ â äåöèìåòðîâîì äèàïàçîíå: íà ôîíå
ðàñòóùåãî ñîâåðøåíñòâà FET íîâûõ âèäîâ
(HEMT) õàðàêòåðèñòèêè çàêîí÷åííûõ óñèëè-
òåëüíûõ ïðèáîðîâ ÿâíî îòñòàþò. Òàê, çíà÷å-
íèå ñîáñòâåííîé øóìîâîé òåìïåðàòóðû minT
íåîõëàæäàåìûõ HEMT-ñòðóêòóð â äåöèìåò-
ðîâîì äèàïàçîíå íàõîäèòñÿ â èíòåðâàëå
2 12÷ Ê. Åñëè ïðîâîäèòü àíàëîãèþ ñ õîðîøî
îñâîåííûì ñàíòèìåòðîâîì äèàïàçîíîì, ãäå
øóìîâàÿ òåìïåðàòóðà óñèëèòåëåé nT â îñíîâ-
íîì îïðåäåëÿåòñÿ øóìàìè òðàíçèñòîðîâ,
À. Ì. Êîðîëåâ
274 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò.7, ¹3
â ñðåäíåé ÷àñòè äåöèìåòðîâîãî äèàïàçîíà
ñëåäîâàëî áû îæèäàòü nT íå áîëåå 15 Ê.
Íà ïðàêòèêå â ëó÷øåì ñëó÷àå óäàåòñÿ ïîëó-
÷àòü 25 50÷ Ê [1-5].
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ðåàëèçàöèÿ ñâåðõ-
íèçêèõ çíà÷åíèé nT â äåöèìåòðîâîì äèàïàçî-
íå íå òàê äàâíî ïðåäñòàâëÿëàñü ìàëîâåðîÿò-
íîé [6] âñëåäñòâèå òðåáóåìîãî áîëüøîãî çíà-
÷åíèÿ èìïåäàíñà èñòî÷íèêà ñèãíàëà, ìèíè-
ìèçèðóþùåãî øóìû: ó ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ
ñ òîêîì ñòîêà 3 8÷ ìÀ îïòèìàëüíûå çíà÷åíèÿ
èìïåäàíñà èñòî÷íèêà îïòZ ñîñòàâëÿþò ñîòíè
Îì â àêòèâíîé è ðåàêòèâíîé ÷àñòÿõ. Ðàçðàáîò-
êà öåïåé, îáåñïå÷èâàþùèõ òðàíñôîðìàöèþ
ñòàíäàðòíûõ äëÿ ÑÂ× èìïåäàíñîâ èñòî÷íèêîâ
ñèãíàëà ( 50≈ Îì) äî îïòèìàëüíûõ çíà÷åíèé
â ñîòíè Îì, îäíîâðåìåííî ñ êîìïåíñàöèåé âû-
ñîêîé âõîäíîé ðåàêòèâíîñòè FET, � ñëîæíàÿ
ñàìîñòîÿòåëüíàÿ çàäà÷à, â øèðîêîïîëîñíûõ ðå-
àëèçàöèÿõ �öåïåé áåç ïîòåðü� ïîêà íå íàøåä-
øàÿ ðåøåíèÿ. Åùå îäíà íå ðåøåííàÿ â îáùåì
ñëó÷àå ïðîáëåìà � îáåñïå÷åíèå óñòîé÷èâîñ-
òè, â òîì ÷èñëå ê âíåïîëîñíîé ãåíåðàöèè. Êàê
ñëåäñòâèå, ñëàáîòî÷íûå FET ñ øèðèíîé çàò-
âîðà 250 500÷ ìêì â äèàïàçîíå äåöèìåòðî-
âûõ âîëí ïîëó÷èëè îãðàíè÷åííîå ðàñïðîñò-
ðàíåíèå.
Îñíîâíûì ñïîñîáîì ðàçðåøåíèÿ ïðîáëå-
ìû �íåðåàëèçóåìûõ èìïåäàíñîâ� ñòàëî ñîçäà-
íèå è øèðîêîå âíåäðåíèå ñïåöèàëüíûõ �íèç-
êî÷àñòîòíûõ� âàðèàíòîâ FET ñ óøèðåííûì
äî 1000 ìêì (ïðè ñîõðàíåíèè äëèíû) è áîëåå
çàòâîðîì. Îäíîâðåìåííî äî äåñÿòêîâ ìÀ âîç-
ðîñ ïîñòîÿííûé òîê ñòîêà. Ïîñëåäíåå îáñòîÿ-
òåëüñòâî, åñëè òðàíçèñòîð íå ïðåäíàçíà÷åí
ñïåöèàëüíî äëÿ óñòðîéñòâ ñ ðàñøèðåííûì
äèíàìè÷åñêèì äèàïàçîíîì, ÿâëÿåòñÿ ñóùå-
ñòâåííûì íåäîñòàòêîì è, ê ñîæàëåíèþ,
íå åäèíñòâåííûì. Óâåëè÷åíèå øèðèíû çàòâî-
ðà òàêæå ñîïðîâîæäàåòñÿ óõóäøåíèåì îñíîâ-
íûõ �ïàðàìåòðîâ êà÷åñòâà� ïîëåâûõ òðàíçè-
ñòîðîâ: ïîãîííîãî çíà÷åíèÿ êðóòèçíû, îòíî-
øåíèÿ êðóòèçíû ê åìêîñòè çàòâîð�èñòîê gsC
è äð. Ïðè÷èíû ýòîãî ÿâëåíèÿ, â îñíîâíîì, òåõ-
íîëîãè÷åñêîãî ñâîéñòâà [7].
 ðåçóëüòàòå øóìîâûå òåìïåðàòóðû øèðî-
êîçàòâîðíûõ ñòðóêòóð â äåöèìåòðîâîì äèàïà-
çîíå è èõ óçêîçàòâîðíûõ ïðîòîòèïîâ â ñàíòè-
ìåòðîâîì äèàïàçîíå îêàçûâàþòñÿ áëèçêèìè.
Êàê òèïè÷íûé ïðèìåð ìîæíî ïðèâåñòè õàðàê-
òåðèñòèêè âûñîêîêà÷åñòâåííûõ ñîâðåìåííûõ
PHEMT ðàçðàáîòêè Õüþëåòò-Ïàêêàðä:
min 32T = Ê íà ÷àñòîòå 1.9 ÃÃö, òðàíçèñòîð
ATF34143; min 35T = Ê íà ÷àñòîòå 12 ÃÃö, òðàí-
çèñòîð ATF36077. Òåîðåòè÷åñêè ðàçìåðíîå
ìàñøòàáèðîâàíèå äîëæíî áûëî áû ñîïðîâîæ-
äàòüñÿ áëèçêèì ê ëèíåéíîìó ñíèæåíèåì øó-
ìîâ, ïî êðàéíåé ìåðå äî ÷àñòîò ðàäèîäèàïà-
çîíà (300 ÌÃö), êîãäà ñóùåñòâåííûì ñòàíî-
âèòñÿ âêëàä øóìîâ òèïà 1 f [8].
Òàêèì îáðàçîì, ÷àñòîòíî-ðàçìåðíîãî ìàñ-
øòàáèðîâàíèÿ íåäîñòàòî÷íî äëÿ âûÿâëåíèÿ
ïîòåíöèàëüíûõ âîçìîæíîñòåé ïîëåâûõ ñòðóê-
òóð êàê ñâåðõìàëîøóìÿùèõ àêòèâíûõ ýëåìåí-
òîâ. Âðÿä ëè ìîæíî ïðèçíàòü ñîâåðøåííîé
è ñàìó êîíöåïöèþ �òðàíçèñòîðà ïîä äèàïà-
çîí�, ïðåäïîëàãàþùóþ âûïóñê ðàñøèðåííîé
íîìåíêëàòóðû FET.
 êà÷åñòâå àëüòåðíàòèâû, íå ïðåäïîëàãà-
þùåé ðîñòà øèðèíû çàòâîðà, ìîæíî óêàçàòü
íà ïðèíöèïèàëüíóþ âîçìîæíîñòü óìåíüøå-
íèÿ ïàðàçèòíûõ ñîïðîòèâëåíèé öåïè çàò-
âîð�èñòîê, ÷òî ñîïðîâîæäàåòñÿ ñíèæåíèåì
îïò .Z Çäåñü ìîæíî îæèäàòü ñóùåñòâåííîãî
ïðîäâèæåíèÿ, õîòÿ ñîâåðøåíñòâîâàíèå òåõï-
ðîöåññîâ ïðîèçâîäñòâà FET, îòíîñÿùèõñÿ
ê ñôåðå íàíîòåõíîëîãèè, òðåáóåò áîëüøèõ ìà-
òåðèàëüíûõ çàòðàò.
Âîçâðàùàÿñü ê óçêîçàòâîðíûì òðàíçèñòîðàì
è îñîáåííîñòÿì èõ àäàïòàöèè ê äåöèìåòðîâî-
ìó äèàïàçîíó, âûäåëèì åùå äâå ïðîáëåìû.
Ðàçðàáîò÷èêè óçêîçàòâîðíûõ ñòðóêòóð çà-
÷àñòóþ âîîáùå íå ïðèâîäÿò øóìîâûõ õàðàê-
òåðèñòèê íèæå 3 ÃÃö. Åñëè æå îíè ñîîáùàþò-
ñÿ, íà çàâèñèìîñòè øóìîâîé òåìïåðàòóðû
îò ÷àñòîòû ìîæíî âûäåëèòü õàðàêòåðíóþ îá-
ëàñòü îòêëîíåíèÿ îò ëèíåéíîãî çàêîíà [9],
èíîãäà äàæå ñ âûõîäîì íà íåêîòîðîå ïîñòîÿí-
íîå çíà÷åíèå [10, 11]. Íàáëþäàåìàÿ ñòåïåíü
îòêëîíåíèÿ îò ëèíåéíîñòè íå ñîãëàñóåòñÿ
ñ ñîâðåìåííûìè øóìîâûìè òåîðèÿìè FET.
×òî êàñàåòñÿ ñóùåñòâóþùèõ òåîðåòè÷åñêèõ
ïðåäñòàâëåíèé è ïðàêòèêóåìûõ ðàñ÷åòíûõ
ìåòîäèê, òî îáû÷íî äëÿ îïðåäåëåíèÿ ÷åòûðåõ
áàçîâûõ øóìîâûõ ïàðàìåòðîâ ïðèìåíÿåòñÿ
ïîëóôåíîìåíîëîãè÷åñêàÿ øóìîâàÿ ìîäåëü
ñ îäíèì-òðåìÿ ïàðàìåòðàìè (ôåíîìåíîëîãè-
÷åñêèìè êîýôôèöèåíòàìè), êîòîðûå èçìåðÿ-
Îñîáåííîñòè ñîãëàñîâàíèÿ ïîëåâûõ òðàíçèñòîðíûõ ñòðóêòóð íà ìèíèìóì øóì-ôàêòîðà â äåöèìåòðîâîì äèàïàçîíå
275Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò. 7, ¹3
þòñÿ ïðåäâàðèòåëüíî íà ÑÂ× äëÿ êàæäîãî òèïà
òðàíçèñòîðà â êîíêðåòíîì ðåæèìå ïî ïîñòî-
ÿííîìó òîêó. Â óñëîâèÿõ ðàñøèðÿþùåéñÿ íî-
ìåíêëàòóðû FET íåóäîáñòâà ñóùåñòâóþùåãî
ïîäõîäà î÷åâèäíû.
 íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðåäëàãàåòñÿ ðàñ÷åò-
íàÿ ìåòîäèêà, îïåðèðóþùàÿ îáîáùåííûìè õà-
ðàêòåðèñòèêàìè òðàíçèñòîðíîé ñòðóêòóðû �
ìàêðîïàðàìåòðàìè. Ïîñëåäíèå èíâàðèàíòíû
îòíîñèòåëüíî ðàçìåðíîãî ìàñøòàáèðîâàíèÿ,
ñëàáî çàâèñÿò îò ðåæèìà ïî ïîñòîÿííîìó òîêó
è ìîãóò èçìåðÿòüñÿ íèçêî÷àñòîòíîé àïïàðàòó-
ðîé. Åäèíñòâåííûé ôåíîìåíîëîãè÷åñêèé ïà-
ðàìåòð ïðèíèìàåò äèñêðåòíûå çíà÷åíèÿ â èí-
òåðâàëå 0.4 0.8÷ è õàðàêòåðèçóåò êðóïíûå
ñòðóêòóðíî-òåõíîëîãè÷åñêèå êëàññû FET
(MESFET, HEMT, PHEMT).
Íà îñíîâå ìåòîäà ìàêðîïàðàìåòðîâ äëÿ óç-
êîçàòâîðíûõ òðàíçèñòîðíûõ ñòðóêòóð â äåöè-
ìåòðîâîì äèàïàçîíå îïðåäåëåíû êðèòåðèè
ðåàëèçóåìîñòè ðåæèìà ñîãëàñîâàíèÿ íà ìè-
íèìóì øóì-ôàêòîðà ñ ó÷åòîì ñâîéñòâ âõîä-
íîãî èíäóêòèâíîãî ýëåìåíòà êàê îòðåçêà ñïå-
öèôè÷åñêîé ëèíèè ïåðåäà÷è.
2. Îáîñíîâàíèå íåîáõîäèìîñòè
è âîçìîæíîñòè ïðåäñòàâëåíèÿ
âõîäíîãî èíäóêòèâíîãî ýëåìåíòà
îòðåçêîì ëèíèè ïåðåäà÷è
Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà óñèëèòåëüíîãî êàñêàäà
ïîêàçàíà íà ðèñ. 1.  ðàññìàòðèâàåìîì ñëó÷àå
ýëåìåíòû êîðïóñà è âíóòðåííèå îáðàòíûå ñâÿ-
çè ìàëîñóùåñòâåííû è â ýêâèâàëåíòíîé ñõå-
ìå ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà íå ïðåäñòàâëåíû.
Òðàíñôîðìèðóþùåå çâåíî (Ò.Ç.) ïðèâîäèò
ê ñå÷åíèþ 1-1 èìïåäàíñ ,sR êîòîðûé ïîëàãà-
åòñÿ ÷èñòî àêòèâíûì; Z � èìïåäàíñ, ïðèâîäè-
ìûé êî âõîäó FET; gsC � åìêîñòü ó÷àñòêà öåïè
çàòâîð-èñòîê; gsr � ñóììàðíîå ñîïðîòèâëåíèå
äèññèïàòèâíûõ ïîòåðü ó÷àñòêà èñòîê-çàòâîð;
dr � àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ó÷àñòêà ñòîê-
èñòîê FET; mg � êðóòèçíà. Èíäóêòèâíûé ýëå-
ìåíò ïîêàçàí â âèäå ÷åòûðåõïîëþñíèêà �
îòðåçêà ëèíèè ïåðåäà÷è ñ âîëíîâûì ñîïðî-
òèâëåíèåì ρ, äëèíîé l, ôàçîâîé ïîñòîÿííîé
2β = π λ è, óñëîâíî, èíäóêòèâíîñòüþ L, ñîá-
ñòâåííîé äîáðîòíîñòüþ Q è ôèçT � ôèçè÷åñ-
êîé (îêðóæàþùåé) òåìïåðàòóðîé.
Ïðè èñïîëüçîâàíèè FET ñ gsC â èíòåð-
âàëå 0.5 2÷ ïÔ â âåðõíåé ÷àñòè äåöèìåòðî-
âîãî äèàïàçîíà èíäóêòèâíûé ýëåìåíò îáû÷-
íî âûïîëíÿåòñÿ â âèäå ñïèðàëè ñ äëèíîé
ïðîâîäíèêà ìåíåå 10.λ Ïîýòîìó â ýêâèâà-
ëåíòíîé ñõåìå äîïóñòèìî �ñîñðåäîòî÷åí-
íîå� ïðåäñòàâëåíèå L � â âèäå äâóõïîëþñ-
íèêà ñ ðåàêòàíñîì 2 fLπ (ñ ó÷åòîì ñîáñòâåí-
íîãî ðåçîíàíñà, ( ))2 2
02 1 .fL f fπ −
Åñëè àêòèâíûå ÷àñòè èìïåäàíñîâ ïîäêëþ-
÷åííûõ ê L íàãðóçîê çàìåòíî ìåíüøå ýôôåê-
òèâíîãî âîëíîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ëèíèé èí-
äóêòèâíûõ çâåíüåâ, òî ïðåäñòàâëåíèå L ñîñðå-
äîòî÷åííîé èíäóêòèâíîñòüþ âïîëíå îïðàâäàí-
íî.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå íåîáõîäèìî èñïîëü-
çîâàòü �ðàñïðåäåëåííîå� ïðåäñòàâëåíèå ëèáî
ñõåìó çàìåùåíèÿ. Èìåííî ýòà ñèòóàöèÿ õàðàê-
òåðíà äëÿ ðåæèìà ñîãëàñîâàíèÿ íà ìèíèìóì
Ðèñ. 1. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà óñèëèòåëüíîãî êàñêàäà. Ýëåìåíòû êîðïóñà è âíóòðåííèå îáðàòíûå ñâÿçè â
ýêâèâàëåíòíîé ñõåìå ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà íå ïðåäñòàâëåíû
À. Ì. Êîðîëåâ
276 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò.7, ¹3
øóì-ôàêòîðà â ñëó÷àå ñòðóêòóð ñ øèðèíîé çàò-
âîðà ìåíåå 1000 ìêì íà ÷àñòîòàõ íèæå 2 ÃÃö.
Îïòèìàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå èñòî÷íèêà äîõî-
äèò äî ñîòåí Îì, òîãî æå ïîðÿäêà âõîäíîé
ðåàêòàíñ FET. Â óñëîâèÿõ ïîäîáíîé îêîíå÷-
íîé íàãðóçêè íåëüçÿ èñïîëüçîâàòü ìèêðîïî-
ëîñêîâûå ëèíèè � íåðåàëèçóåì èíäóêòèâíûé
õàðàêòåð L, � è ðàçðàáîò÷èêè âûíóæäåíû ïðè-
ìåíÿòü íàèáîëåå âûñîêîèìïåäàíñíûå íàâåñ-
íûå ñïèðàëüíî-öèëèíäðè÷åñêèå �êàòóøêè èí-
äóêòèâíîñòè� (ÑÖÈ). Íî è â ýòîì ñëó÷àå äëè-
íà ïðîâîäíèêà, áîëüøàÿ 10,λ � îòíþäü
íå èñêëþ÷åíèå è �ñîñðåäîòî÷åííîå� ïðåäñòàâ-
ëåíèå ÑÖÈ íåêîððåêòíî. Ó ÑÖÈ ñëåäóåò îæè-
äàòü ïîÿâëåíèÿ òðàíñôîðìèðóþùèõ ñâîéñòâ,
äëÿ îïèñàíèÿ êîòîðûõ òðåáóåòñÿ �ðàñïðåäå-
ëåííàÿ� ìîäåëü.
Çäåñü ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî è �ðàñïðåäå-
ëåííîå� ïðåäñòàâëåíèå L â âèäå îòðåçêà ëè-
íèè ïåðåäà÷è ïîëíîñòüþ êîððåêòíî òîëüêî
äëÿ ñïèðàëåé ñ øàãîì, áîëüøèì äèàìåòðà
ïðîâîäà. Ìàòåìàòè÷åñêîå îïèñàíèå ñïèðàëü-
íûõ ëèíèé ñ ñèëüíîé ýëåêòðè÷åñêîé è ìàã-
íèòíîé ñâÿçüþ (ñ ìàëûì øàãîì) � âåñüìà
ñëîæíàÿ çàäà÷à [12]. Òåì íå ìåíåå âîëíîâîå
ñîïðîòèâëåíèå ρ è äåéñòâóþùóþ äëèíó l
ìîæíî ââåñòè óñëîâíî êàê ïàðàìåòðû ìîäå-
ëè äëÿ òåõ ÷àñòîòíûõ èíòåðâàëîâ, ãäå çàâè-
ñèìîñòü âõîäíîãî èìïåäàíñà íàãðóæåííîãî
ÑÖÈ ( )LZ îò ÷àñòîòû ñîîòâåòñòâóåò �êëàñ-
ñè÷åñêîé� ëèíèè ïåðåäà÷è.
Íà ðèñ. 2 â êà÷åñòâå ïðèìåðà ïîêàçàíû ýê-
ñïåðèìåíòàëüíî ïîëó÷åííàÿ çàâèñèìîñòü
Im LZ îò ÷àñòîòû äëÿ ÑÖÈ ñ ñèëüíîé ñâÿçüþ
â ðåæèìå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ è ãðàôèê ôóí-
êöèè ( )tg 2 lf cρ π äëÿ 350ρ = Îì, 0.025l = ì.
ÑÖÈ îáåñïå÷èâàåò ñîãëàñîâàíèå FET
ñ 0.4gsC = ïÔ â ñðåäíåé ÷àñòè äåöèìåòðîâî-
ãî äèàïàçîíà: äëèíà ïðîâîäíèêà 20l = ìì;
âíóòðåííèé äèàìåòð 1.8 ìì; äèàìåòð ïðîâî-
äà 0.15 ìì; îòíîñèòåëüíûé øàã 1.5. Õîðîøåå
ñîâïàäåíèå ýêñïåðèìåíòàëüíûõ òî÷åê
ñ ãðàôèêîì àïïðîêñèìèðóþùåé òàíãåíñîèäû
ïîçâîëÿåò ñäåëàòü ïðåäïîëîæåíèå î âîçìîæíî-
ñòè ìàòåìàòè÷åñêîãî îïèñàíèÿ ÑÖÈ îòðåçêîì
ëèíèè ïåðåäà÷è. Ïàðàìåòðû ρ è l, ïîíèìàåìûå
êàê ýôôåêòèâíûå âåëè÷èíû, èìåþò âïîëíå îæè-
äàåìûå çíà÷åíèÿ, ïîäòâåðæäàÿ äîïóñòèìîñòü
ôèçè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ÑÖÈ ëèíèåé ïå-
ðåäà÷è â äîñòàòî÷íî øèðîêîé ïîëîñå.
Ïóíêòèðîì íà ðèñ. 2 ïîêàçàíà ðàñ÷åòíàÿ
÷àñòîòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ðåàêòàíñà ÑÖÈ êàê
äâóõïîëþñíèêà ñ ó÷åòîì ñîáñòâåííîãî ðåçî-
íàíñà 0( 4 3f C l= = ÃÃö). Òî÷íîñòü àïïðîê-
ñèìàöèè, êàê è â ïðåäûäóùåì ñëó÷àå, âïîëíå
óäîâëåòâîðèòåëüíàÿ. Íåîáõîäèìîå çíà÷åíèå
ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòû áëèçêî ê ÷àñòîòå ïåðâî-
ãî ðàçìåðíîãî ðåçîíàíñà.
Òàêèì îáðàçîì, íàèáîëåå ïðîñòî èçìåðÿå-
ìàÿ õàðàêòåðèñòèêà � ÷àñòîòíàÿ çàâèñèìîñòü ðå-
àêòàíñà â ðåæèìå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ � íå ïî-
çâîëÿåò ñäåëàòü îäíîçíà÷íûé âûáîð â ïîëüçó
�ðàñïðåäåëåííîé� èëè �ñîñðåäîòî÷åííîé� ìî-
äåëè.
Ïðèíöèïèàëüíîå îòëè÷èå äâóõ ìîäåëåé
äîëæíî ïðîÿâèòüñÿ â çàâèñèìîñòè âõîäíîãî
èìïåäàíñà îò àêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóç-
Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòü ðåàêòàíñà ÑÖÈ îò ÷àñòîòû
â ðåæèìå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ. Ýêñïåðèìåíòàëü-
íûå äàííûå îòìå÷åíû çíàêîì �+�. Òåîðåòè÷åñêàÿ
÷àñòîòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ðåàêòàíñà ïîêàçàíà
ïóíêòèðîì äëÿ ôóíêöèè ( )2 2
0ImZ = 2 fL 1- f f ,π
ñîîòâåòñòâóþùåé ìîäåëüíîìó ïðåäñòàâëåíèþ
�èíäóêòèâíûé äâóõïîëþñíèê ñ ó÷åòîì ñîáñòâåí-
íîãî ðåçîíàíñà�, L= 25 íÃí, 0f = 3 ÃÃö; øòðè-
õîâîé ëèíèåé � äëÿ ôóíêöèè ( )ImZ = tg j2 fl c ,ρ π
ñîîòâåòñòâóþùåé ìîäåëè �îòðåçîê ëèíèè ïåðå-
äà÷è�, = 350ρ Îì, l = 25 ìì
Îñîáåííîñòè ñîãëàñîâàíèÿ ïîëåâûõ òðàíçèñòîðíûõ ñòðóêòóð íà ìèíèìóì øóì-ôàêòîðà â äåöèìåòðîâîì äèàïàçîíå
277Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò. 7, ¹3
êè: äëÿ ëèíèè ïåðåäà÷è ïðè ïðèáëèæåíèè âîë-
íîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ê íàãðóçî÷íîìó Im LZ
ñòðåìèòñÿ ê íóëþ, à Re LZ � ê ñîïðîòèâëå-
íèþ íàãðóçêè.  ìîäåëè �ñîñðåäîòî÷åííàÿ èí-
äóêòèâíîñòü� èìïåäàíñû íàãðóçêè è äâóõïî-
ëþñíèêà ñóììèðóþòñÿ àääèòèâíî, òàê ÷òî
Im LZ ñîõðàíÿåò ñâîå çíà÷åíèå. Ñîîòâåòñòâåí-
íî, òåñò íà àäåêâàòíîñòü ìîäåëè îáúåêòó ñî-
ñòîèò â íàãðóçêå ÑÖÈ íà àêòèâíîå ñîïðîòèâ-
ëåíèå, ðàâíîå âîëíîâîìó. Äèàïàçîí ÷àñòîò,
â êîòîðîì LZ òàêæå áóäåò àêòèâíûì è ðàâ-
íûì ñîïðîòèâëåíèþ íàãðóçêè, ìîæíî ñ÷èòàòü
èíòåðâàëîì ñîîòâåòñòâèÿ ìîäåëè � äëèííîé
ëèíèè. Åñëè èíäóêòèâíàÿ ÷àñòü ñîõðàíèò ñâîå
çíà÷åíèå, òî êîððåêòíî ñîñðåäîòî÷åííîå ïðåä-
ñòàâëåíèå.
Ýôôåêòèâíîå âîëíîâîå ñîïðîòèâëåíèå ÑÖÈ
ïðåäâàðèòåëüíî îöåíèâàëîñü êàê ñðåäíåå ãåî-
ìåòðè÷åñêîå äâóõ èìïåäàíñîâ: â ðåæèìå õîëî-
ñòîãî õîäà è çàìûêàíèÿ. Îáúåêòàìè èññëåäîâà-
íèÿ áûëè ÑÖÈ äâóõ êîíñòðóêòèâíûõ âàðèàí-
òîâ, îòðàáîòàííûõ ðàíåå â ðåàëüíûõ óñèëèòåëü-
íûõ êàñêàäàõ [4] (äàëåå îáîçíà÷åííûõ êàê L1
è L2). Êîíñòðóêöèè ÑÖÈ îïòèìèçèðîâàëèñü ïî
êðèòåðèþ ìèíèìàëüíîé äëèíû ïðîâîäíèêà ïðè
çàäàííîé ýêâèâàëåíòíîé èíäóêòèâíîñòè 20 íÃí
(ðåçîíàíñ ñ åìêîñòüþ 0.5 ïÔ íà ÷àñòîòå 1.6 ÃÃö)
è ñîáñòâåííîé äîáðîòíîñòè Q íå ìåíåå 300 (L1)
è 200 (L2). Èçìåðåííîå çíà÷åíèå ρ ÑÖÈ ñî-
ñòàâèëî ñîîòâåòñòâåííî 300 40± Îì (L1)
è 400 55± Îì (L2).
Îêîíå÷íûå íàãðóçêè ñ èìïåäàíñàìè
300 40j± Îì è 400 60j± Îì, èçãîòîâëåííûå
íà îñíîâå SMD-ðåçèñòîðîâ, ïîäñîåäèíÿëèñü
ê ÑÖÈ. Èçìåðåíèÿ âõîäíîãî èìïåäàíñà ïî-
ëó÷åííûõ ìîäåëåé íàãðóæåííîé ëèíèè ïîêà-
çàëè ñëåäóþùåå. Íà ÷àñòîòàõ äî 2.2 ÃÃö (L1)
è 2.0 ÃÃö (L2), àêòèâíàÿ ÷àñòü ñîîòâåòñòâóåò
îêîíå÷íîé íàãðóçêå ñ òî÷íîñòüþ íå õóæå 20 %
(L1) è 25 % (L2) ïðè ðåçêîì, íà ïîðÿäîê, ïà-
äåíèè ðåàêòèâíîé ÷àñòè: îò èñõîäíûõ
(200 40)j+ ± Îì (íà ÷àñòîòå 1.6 ÃÃö) äî
(0 30)j+ ± Îì (â äèàïàçîíå 0.3 2÷ ÃÃö). Ôàê-
òè÷åñêè, ìîæíî ãîâîðèòü îá �èñ÷åçíîâåíèè�
ðåàêòèâíîñòè è ñäåëàòü âûáîð â ïîëüçó ëè-
íèè ïåðåäà÷è êàê ìîäåëè ÑÖÈ. Òåñòû ñ ÑÖÈ
ïîäîáíîé êîíñòðóêöèè â äèàïàçîíå 0.3 4÷ ÃÃö
äàþò àíàëîãè÷íûé ðåçóëüòàò.
Òàêèì îáðàçîì, ïðàâîìåðíîñòü ââåäåíèÿ
�äåéñòâóþùåãî çíà÷åíèÿ ρ� ìîæíî ñ÷èòàòü
ïîäòâåðæäåííîé. Äëÿ îïèñàíèÿ ÑÖÈ îòðåçêîì
ëèíèè ïåðåäà÷è íåîáõîäèìî åùå îïðåäåëèòü
ýôôåêòèâíóþ äëèíó l, ïîñêîëüêó ìåæâèòêî-
âàÿ åìêîñòü, ïîäîáíî îêîíå÷íîé åìêîñòè, óâå-
ëè÷èâàåò ýëåêòðè÷åñêóþ äëèíó ïî ñðàâíåíèþ
ñ ãåîìåòðè÷åñêîé äëèíîé ïðîâîäíèêà.
Ýêñïåðèìåíò ïî îïðåäåëåíèþ l ñîñòîÿë
â ñëåäóþùåì. Ïî ãðàôèêó íà ðèñ. 2 íàõîäè-
ëàñü ÷àñòîòà, ñîîòâåòñòâóþùàÿ óñëîâèþ
( )tg 2 1,lf cπ = ( 1.6f = ÃÃö), ïîñëå ÷åãî
íà ýòîé ÷àñòîòå ýêñïåðèìåíòàëüíî îïðåäåëÿ-
ëàñü çàâèñèìîñòü Re LZ îò ñîïðîòèâëåíèÿ êîí-
öåâîé íàãðóçêè ( ).sR Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé
ïîêàçàíû íà ðèñ. 3. Òàì æå ïðåäñòàâëåí ãðà-
ôèê ôóíêöèè ( )2 2 2Re 2L s sZ R R= ρ ρ + äëÿ
350ρ = Îì, îïèñûâàþùèé òåîðåòè÷åñêóþ çà-
âèñèìîñòü Re LZ îò sR ïðè òîì æå óñëîâèè
( )tg 2 1.lf cπ = Ñîâïàäåíèå, ñ òî÷íîñòüþ
äî 30± Îì (ïîãðåøíîñòü îïðåäåëåíèÿ ),LZ
ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ñ òåîðåòè÷åñêîé
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòü äåéñòâèòåëüíîé ÷àñòè âõîä-
íîãî èìïåäàíñà ÑÖÈ L(ReZ ), íàãðóæåííîãî àêòèâ-
íûì ñîïðîòèâëåíèåì sR , îò âåëè÷èíû sR íà ÷àñ-
òîòå 1.6 ÃÃö. Ñïëîøíîé ëèíèåé ïîêàçàíà òåîðå-
òè÷åñêàÿ çàâèñèìîñòü: ( )2 2 2
s sReZ = 2 R + R .ρ ρ
Âåðòèêàëüíûå îòðåçêè ñîîòâåòñòâóþò ýêñïåðè-
ìåíòàëüíûì äàííûì ñ ó÷åòîì ïîãðåøíîñòè
èçìåðåíèé ýReZ
À. Ì. Êîðîëåâ
278 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò.7, ¹3
çàâèñèìîñòüþ ïîçâîëÿåò óòâåðæäàòü, ÷òî óñ-
ëîâèå ( )tg 2 1lf cπ = äåéñòâèòåëüíî âûïîëíÿ-
åòñÿ íà êîíêðåòíîé ÷àñòîòå (çäåñü 1.6 0.1± ÃÃö).
Òîãäà äåéñòâóþùàÿ äëèíà 23.4 1.5l = ± ìì. Íå-
áîëüøîå ïðåâûøåíèå ýëåêòðè÷åñêîé äëèíû íàä
ãåîìåòðè÷åñêîé âïîëíå ñîîòâåòñòâóåò îáùèì
ïðåäñòàâëåíèÿì îá ÑÖÈ [12].
Îñîáîãî âíèìàíèÿ çàñëóæèâàåò ÿâëåíèå
(ðèñ. 3) 1.5 2÷ -êðàòíîé òðàíñôîðìàöèè sR
ïîâûøàþùåãî òèïà â îáëàñòè çíà÷åíèé, àêòó-
àëüíûõ â ïëàíå ðåàëèçàöèè ðåæèìà ñîãëàñîâà-
íèÿ íà ìèíèìóì øóì-ôàêòîðà ( 100 200sR = ÷
Îì). Ó÷åò �ñêðûòîé� òðàíñôîðìàöèè ïðè ðàñ-
÷åòå ñîãëàñóþùèõ öåïåé ÿâëÿåòñÿ ñîâåðøåííî
íåîáõîäèìûì.
 öåëîì, íåîáõîäèìîñòü è âîçìîæíîñòü
ïðåäñòàâëåíèÿ èíäóêòèâíîãî ýëåìåíòà îòðåç-
êîì ëèíèè ïåðåäà÷è â óñèëèòåëüíîì êàñêàäå
ñ FET â ðåæèìå ñîãëàñîâàíèÿ íà ìèíèìóì
øóì-ôàêòîðà ìîæíî ñ÷èòàòü äîêàçàííîé.
Íèæå áóäåò ïðîâåäåí àíàëèç âëèÿíèÿ ýôôåê-
òîâ äëèííîé ëèíèè íà óñëîâèÿ ðåàëèçóåìîñòè
äàííîãî ðåæèìà â ðàçëè÷íûõ ó÷àñòêàõ äåöè-
ìåòðîâîãî äèàïàçîíà ïðèìåíèòåëüíî ê FET ðàç-
ëè÷íûõ ñòðóêòóðíî-òåõíîëîãè÷åñêèõ êëàññîâ.
3. Øóìîâûå õàðàêòåðèñòèêè
â òåðìèíàõ ìàêðîïàðàìåòðîâ.
Ââåäåíèå îïòèìàëüíîãî
äåêðåìåíòà èñòî÷íèêà êàê
ôåíîìåíîëîãè÷åñêîãî ïàðàìåòðà
Ñóùåñòâóåò îáùåå ðåøåíèå çàäà÷è î ñî-
ãëàñîâàíèè îòðåçêîì ëèíèè ïåðåäà÷è.  äàí-
íîì ñëó÷àå íåîáõîäèìî ñôîðìóëèðîâàòü òðå-
áîâàíèÿ ê ÑÖÈ êàê ê ëèíèè ïåðåäà÷è è îïðå-
äåëèòü êðèòåðèè ôèçè÷åñêîé ðåàëèçóåìîñòè
ýòèõ òðåáîâàíèé ïðè âåñüìà ñïåöèôè÷åñêèõ
ñâîéñòâàõ èñòî÷íèêà è íàãðóçêè. Êðîìå òîãî,
èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿþò ïðåäåëüíî äîñòèæè-
ìûå õàðàêòåðèñòèêè è îñîáåííîñòè ñîãëàñî-
âàíèÿ íå êîíêðåòíûõ òðàíçèñòîðîâ, à èõ êëàñ-
ñîâ.  öåëîì, çàäà÷à ñîñòîèò â ïîëó÷åíèè
îáîáùåííûõ êðèòåðèåâ ðåàëèçóåìîñòè ðåæè-
ìà ñîãëàñîâàíèÿ íà ìèíèìóì øóì-ôàêòîðà.
Âî âñåõ ìåòîäèêàõ ðàñ÷åòà ìàëîøóìÿùèõ
óñèëèòåëåé èñõîäíûì ÿâëÿåòñÿ îáùåå âûðà-
æåíèå äëÿ ýêâèâàëåíòíîé òåìïåðàòóðû øóìîâ
òðàíçèñòîðà ( ) :nT
min 0n nT T T G= + ×
( ) ( )2 2
îïò îïòRe Re Im Im Re ,Z Z Z Z Z × − + −
(1)
ãäå 0 290T = K; Z � èìïåäàíñ èñòî÷íèêà ñèãíà-
ëà (ñì. ðèñ. 1); îïòZ � îïòèìàëüíûé èìïåäàíñ
èñòî÷íèêà ñèãíàëà ïðè min;nT T= minT � ìèíè-
ìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà øóìîâ òðàíçèñòîðà ïðè
îïò;Z Z= nG � øóìîâàÿ ïðîâîäèìîñòü. min ,T
nG è îïòZ ñîñòàâëÿþò ïîëíûé íàáîð ñîáñòâåí-
íûõ øóìîâûõ õàðàêòåðèñòèê FET.
Ðàñ÷åòíûå ìåòîäèêè (òàê íàçûâàåìûå �øó-
ìîâûå òåîðèè ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà ñ áàðüå-
ðîì Øîòòêè�), âûðàæàþùèå øóìîâûå õàðàê-
òåðèñòèêè min ,T nG è îïòZ ÷åðåç âåëè÷èíû ýëå-
ìåíòîâ ýêâèâàëåíòíîé ñõåìû FET è ïàðàìåò-
ðû ïîëóïðîâîäíèêîâîé ñòðóêòóðû, â áîëüøèí-
ñòâå ñâîåì áàçèðóþòñÿ íà ðàçâèòîì Âàí äåð
Çèëîì [13] ïîäõîäå ê ïîëåâîìó òðàíçèñòîðó
êàê ê àêòèâíîìó ÷åòûðåõïîëþñíèêó ñ øóìî-
âûìè ãåíåðàòîðàìè íà âõîäå è âûõîäå. Â íà-
ñòîÿùåå âðåìÿ â ñâÿçè ñ ïîÿâëåíèåì íîâûõ
êëàññîâ FET, èñïîëüçîâàíèåì ãëóáîêîãî îõ-
ëàæäåíèÿ è îñâîåíèåì íîâûõ ÷àñòîòíûõ äèà-
ïàçîíîâ òåîðèÿ ãåíåðàöèè øóìîâ â FET ïðî-
äîëæàåò àêòèâíî ðàçâèâàòüñÿ [11, 14-16], íå-
ñìîòðÿ íà íåóäîâëåòâîðèòåëüíûé óðîâåíü òå-
îðåòè÷åñêîãî îïèñàíèÿ áàçèñíûõ ýëåêòðîôè-
çè÷åñêèõ ïðîöåññîâ â FET: òîêîïåðåíîñà, ìî-
äóëÿöèè ïðîâîäèìîñòè, ãåíåðàöèè øóìà
â íàñûùåííîé îáëàñòè êàíàëà. Íåñîâåðøåí-
ñòâî áàçèñíûõ ýëåêòðîôèçè÷åñêèõ ìîäåëåé
ïðèâîäèò âñåõ ðàçðàáîò÷èêîâ øóìîâûõ òåîðèé
(ðàñ÷åòíûõ ìåòîäèê) ê íåîáõîäèìîñòè ââåäå-
íèÿ òåõ èëè èíûõ ôåíîìåíîëîãè÷åñêèõ ïàðà-
ìåòðîâ.  áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ýòè ïàðàìåò-
ðû íå èìåþò ñàìîñòîÿòåëüíîãî ôèçè÷åñêîãî
ñìûñëà è ìîãóò ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê ïîäãîíî÷-
íûå êîýôôèöèåíòû.  êà÷åñòâå ïðèìåðîâ ìîæ-
íî ïðèâåñòè øóìîâûå êîýôôèöèåíòû [9], ýì-
ïèðè÷åñêèé ïàðàìåòð [18], òåõíîëîãè÷åñêèé
ïàðàìåòð [16], ïîäãîíî÷íûé ôàêòîð [17] è ò. ï.
Ïîïûòêè âû÷èñëåíèÿ ýòèõ âåëè÷èí èñõîäÿ
èç ãåîìåòðèè òðàíçèñòîðíîé ñòðóêòóðû
Îñîáåííîñòè ñîãëàñîâàíèÿ ïîëåâûõ òðàíçèñòîðíûõ ñòðóêòóð íà ìèíèìóì øóì-ôàêòîðà â äåöèìåòðîâîì äèàïàçîíå
279Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò. 7, ¹3
è ìèêðîïàðàìåòðîâ òîêîïðîâîäÿùåé ñðåäû
íà äàííîì ýòàïå ðàçâèòèÿ îáùåé òåîðèè ïî-
ëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ äàþò â ëó÷øåì
ñëó÷àå êà÷åñòâåííûé óðîâåíü òî÷íîñòè. Ïðè
ýêñïåðèìåíòàëüíîì îïðåäåëåíèè ýòè ïàðàìåò-
ðû çàâèñÿò îò ðåæèìà ïî ïîñòîÿííîìó òîêó,
îò òèïà è, íåðåäêî, ýêçåìïëÿðà òðàíçèñòîðà.
Ïîñëåäíåé ïî âðåìåíè ñîçäàíèÿ ÿâëÿåòñÿ
�ðåçèñòîðíî-òåìïåðàòóðíàÿ� ìåòîäèêà [15],
âûãîäíî îòëè÷àþùàÿñÿ íàëè÷èåì òîëüêî äâóõ
ôåíîìåíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ (ñ íåçíà÷è-
òåëüíîé ïîòåðåé òî÷íîñòè îäíîãî èç íèõ).
Ýòèìè ïàðàìåòðàìè ÿâëÿþòñÿ ýôôåêòèâíûå
øóìîâûå òåìïåðàòóðû, gT è ,dT ïðèïèñûâà-
åìûå àêòèâíûì ÷àñòÿì âõîäíîãî è âûõîäíîãî
ñîïðîòèâëåíèÿ ( gsr è dr íà ðèñ. 1).  êà÷åñòâå
ôåíîìåíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ dT è gT ââå-
äåíû âïîëíå êîððåêòíî, õîòÿ îáîñíîâàòü íå-
îáõîäèìîå äëÿ êîëè÷åñòâåííîãî ñîâïàäåíèÿ ñ
ýêñïåðèìåíòîì çíà÷åíèå dT ïîðÿäêà 410 Ê
âåñüìà çàòðóäíèòåëüíî äàæå ñ ïðèâëå÷åíèåì
êîíöåïöèè �ãîðÿ÷èõ ýëåêòðîíîâ�.
×èñëåííîå çíà÷åíèå dT (î gT áóäåò ñêàçà-
íî íèæå) íàõîäèòñÿ êîñâåííî, ñîïîñòàâëåíè-
åì èçìåðåííûõ è ðàññ÷èòàííûõ øóìîâûõ õà-
ðàêòåðèñòèê íà íåêîòîðîé ÷àñòîòå. Çàòåì, ïî-
ëàãàÿ dT ÷àñòîòíî-íåçàâèñèìîé è îïðåäåëèâ
çíà÷åíèÿ âñåõ ýëåìåíòîâ ýêâèâàëåíòíîé ñõå-
ìû, ìîæíî ñ äîñòàòî÷íîé òî÷íîñòüþ íàéòè
øóìîâûå õàðàêòåðèñòèêè óæå â øèðîêîì äè-
àïàçîíå ÷àñòîò.
Çäåñü ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî â îáëàñòè îòíî-
ñèòåëüíî íèçêèõ ÷àñòîò (åäèíèöû ÃÃö) âñå ðàñ-
÷åòíûå ìåòîäèêè ñîäåðæàò ôîðìàëüíî ñõîäíûå
âûðàæåíèÿ äëÿ øóìîâûõ ïàðàìåòðîâ. Ñîîòâåò-
ñòâåííî, ê ïðåäëàãàåìîé íèæå �ìåòîäèêå ìàê-
ðîïàðàìåòðîâ� ìîæíî ïåðåéòè (è ïîëó÷èòü
ôîðìàëüíî èäåíòè÷íûé ðåçóëüòàò), îñíîâûâà-
ÿñü íà ðàçëè÷íûõ òåîðåòè÷åñêèõ ïîñòðîåíèÿõ,
âïëîòü äî áàçèñíîãî ìåòîäà Âàí äåð Çèëà. Âû-
áîð â ïîëüçó ðåçèñòîðíî-òåìïåðàòóðíîé òåîðèè
áûë ñäåëàí ñ ó÷åòîì åå ïðèìåíèìîñòè ê áîëü-
øèíñòâó êëàññîâ ñîâðåìåííûõ FET.
Ñóùåñòâåííûì íåäîñòàòêîì �ðåçèñòîðíî-
òåìïåðàòóðíîãî ïîäõîäà� (êàê, âïðî÷åì, è âñåõ
àíàëîãè÷íûõ) ÿâëÿåòñÿ áîëüøîé îáúåì ïðåä-
âàðèòåëüíûõ èçìåðåíèé, âûïîëíÿåìûõ íà ÑÂ×
äëÿ êîíêðåòíîãî òèïà òðàíçèñòîðà â ðåæèìå
ïîñòîÿííîãî òîêà.
Èçëàãàåìûé íèæå ïîäõîä èìååò öåëüþ ïî-
ñòðîåíèå ðàñ÷åòíîé ìåòîäèêè, êîòîðàÿ ìàêñè-
ìàëüíî îñâîáîæäåíà îò âëèÿíèÿ ïàðàìåòðîâ
êîíêðåòíîãî òðàíçèñòîðà è åãî ðåæèìà ïî ïî-
ñòîÿííîìó òîêó è îïåðèðóåò â îñíîâíîì ñ
ìàêðîïàðàìåòðàìè. Ïîä ìàêðîïàðàìåòðàìè
ïîíèìàþòñÿ õàðàêòåðèñòèêè, ñëàáî èçìåíÿþ-
ùèåñÿ â ïðåäåëàõ ñòðóêòóðíî-òåõíîëîãè÷åñ-
êèõ êëàññîâ è èíâàðèàíòíûå îòíîñèòåëüíî ÷à-
ñòîòíî-ðàçìåðíîãî ìàñøòàáèðîâàíèÿ (óïðî-
ùåííî, îòíîñèòåëüíî èçìåíåíèÿ øèðèíû çàò-
âîðà ïðè ñîõðàíåíèè äëèíû). Äîïîëíèòåëüíûå
êðèòåðèè îòáîðà � ÿñíûé ôèçè÷åñêèé ñìûñë
è âîçìîæíîñòü èçìåðåíèÿ òåõíè÷åñêèìè ñðåä-
ñòâàìè ðàäèîäèàïàçîíà (íå ÑÂ×).
Âåðíåìñÿ ê âûðàæåíèþ (1). Ìèíèìèçàöèÿ
nT ïðîèñõîäèò ïðè îïòèìàëüíîì çíà÷åíèè
èìïåäàíñà èñòî÷íèêà:
1
îïò
( )Re ,gsÑZ
−ω= φ (2)
1
îïòIm ( ) ,gsZ K Ñ
−= ω (3)
ãäå ω � öèêëè÷åñêàÿ ÷àñòîòà ( 2 );fω = π φ � ôóíê-
öèÿ ïàðàìåòðîâ ýêâèâàëåíòíîé ñõåìû òðàíçèñ-
òîðà, åãî ôèçè÷åñêîé òåìïåðàòóðû è îïðåäåëåí-
íûõ ôåíîìåíîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ.
 äåöèìåòðîâîì äèàïàçîíå âñå ìîäåëè ïðåäïî-
ëàãàþò φ ïîðÿäêà åäèíèöû; êîýôôèöèåíò Ê èç-
ìåíÿåòñÿ â èíòåðâàëå 1 1.25÷ [15].
Çäåñü íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî â ïðîöåñ-
ñå ðàçâèòèÿ òåõíîëîãèè ìàëîøóìÿùèõ ïîëå-
âûõ òðàíçèñòîðîâ ñ áàðüåðîì Øîòòêè
(îò MESFET ñ çàòâîðîì 1 ìêì ê ñóáìèêðîí-
íûì, à çàòåì ê ðàçëè÷íûì ãåòåðîñòðóêòóðàì)
îòíîøåíèå îïò îïòRe Im ,Z Z ôîðìàëüíî ïðåä-
ñòàâëÿþùåå îïòèìàëüíûé äåêðåìåíò èñòî÷íè-
êà ,sD óâåëè÷èâàëîñü. Íà îñíîâå îïûòíûõ
äàííûõ, îòíîñÿùèõñÿ ê äåöèìåòðîâîìó äèà-
ïàçîíó (äëÿ áåñêîðïóñíûõ ñòðóêòóð � è ê ñàí-
òèìåòðîâîìó äèàïàçîíó), ìîæíî âûäåëèòü ñòà-
áèëüíóþ çàêîíîìåðíîñòü: áåçîòíîñèòåëüíî ê
êîíêðåòíîìó òèïó (ìàðêå) FET, MESFET ñâîé-
ñòâåííû çíà÷åíèÿ 0.3 0.4sD = ÷ (ñì., íàïðè-
ìåð, [3, 5]). (Áîëüøèå çíà÷åíèÿ õàðàêòåðíû äëÿ
ñîâðåìåííûõ ñóáìèêðîííûõ òðàíçèñòîðîâ). Ñ
ïîÿâëåíèåì HEMT-òåõíîëîãèè ýòî îòíîøåíèå
À. Ì. Êîðîëåâ
280 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò.7, ¹3
âûðîñëî äî 0.6≈ [2], ÷òî îòìå÷àåòñÿ â ÷èñëå
ïîçèòèâíûõ ÷åðò ýòîãî êëàññà ïîëåâûõ òðàí-
çèñòîðîâ [8], ïîñêîëüêó óâåëè÷åíèå äåêðåìåí-
òà âõîäíîé öåïè ñïîñîáñòâóåò óëó÷øåíèþ ïî-
ëîñîâûõ õàðàêòåðèñòèê. Â ïðåäåëàõ HEMT-
êëàññà sD òîæå ìåäëåííî, íî ìîíîòîííî ðàñ-
òåò ñ óâåëè÷åíèåì ãðàíè÷íîé ÷àñòîòû: äëÿ
PHEMT-ñòðóêòóð ñ äëèíîé çàòâîðà 0.25 ìêì
sD âûðàñòàåò äî 0.7 [19, 20].
Ê ñîæàëåíèþ, ïî îòìå÷åííûì âûøå ïðè÷è-
íàì, äëÿ ñòàòèñòè÷åñêîãî àíàëèçà â äåöèìåò-
ðîâîì äèàïàçîíå äàííûõ ìåíüøå, ÷åì
â ñàíòèìåòðîâîì. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, èíòåðâàë
èçìåíåíèÿ îïòèìàëüíîãî äåêðåìåíòà èñòî÷íè-
êà óçîê è, êàê áóäåò âèäíî èç ïîñëåäóþùåãî
ðàññìîòðåíèÿ, èíòåðåñóþùèå íàñ õàðàêòåðèñ-
òèêè óñèëèòåëüíûõ êàñêàäîâ çàâèñÿò îò äåêðå-
ìåíòà ìîíîòîííî, áåç ëîêàëüíûõ ýêñòðåìóìîâ.
Âñå ñêàçàííîå âûøå ïîçâîëÿåò ñôîðìóëè-
ðîâàòü ãèïîòåçó ñëåäóþùåãî ñîäåðæàíèÿ: îï-
òèìàëüíûé äåêðåìåíò èñòî÷íèêà ÿâëÿåòñÿ
õàðàêòåðèñòèêîé íå êîíêðåòíûõ òèïîâ
òðàíçèñòîðîâ, à èõ ñòðóêòóðíî-òåõíîëîãè÷åñ-
êèõ êëàññîâ. Ñîîòâåòñòâåííî, îñòàâàÿñü â ðàì-
êàõ ôåíîìåíîëîãè÷åñêîãî ïîäõîäà è íå âõîäÿ
â ïðîòèâîðå÷èå ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàí-
íûìè, áóäåì ñ÷èòàòü φ êîýôôèöèåíòîì
( )Φ = φ è â äàëüíåéøåì èñïîëüçîâàòü âû-
ðàæåíèÿ:
îïòRe ,gsZ C= Φ ω (4)
îïòIm 1.25 ,gsZ C= ω (5)
ãäå Φ òåïåðü ïîíèìàåòñÿ êàê äèñêðåòíî èç-
ìåíÿþùàÿñÿ âåëè÷èíà: 0.3 ñîîòâåòñòâóåò
MESFET; 0.3 0.4÷ ñîîòâåòñòâóåò MESFET
c äëèíîé çàòâîðà ìåíåå 0.3 ìêì; 0.5 ñîîòâåò-
ñòâóåò HEMT; 0.7 ñîîòâåòñòâóåò PHEMT;
0.8 ñîîòâåòñòâóåò PHEMT c äëèíîé çàòâîðà ìå-
íåå 0.2 ìêì. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ íåîáõîäèìîé
òî÷íîñòè ðàñ÷åòîâ øóìîâûõ õàðàêòåðèñòèê áî-
ëåå ïîäðîáíàÿ êëàññèôèêàöèÿ ñòðóêòóð
íå ïðåäñòàâëÿåòñÿ ðàöèîíàëüíîé.
 ðàçäåëå 2 áûëà ïîñòàâëåíà çàäà÷à î âëè-
ÿíèè ýôôåêòîâ äëèííîé ëèíèè â ÑÖÈ íà óñ-
ëîâèÿ ðåàëèçóåìîñòè ðåæèìà ñîãëàñîâàíèÿ íà
ìèíèìóì øóì-ôàêòîðà. Íèæå ïðåäëàãàåòñÿ
ïðîñòîé è íàãëÿäíûé ñïîñîá åå ðåøåíèÿ â
äåöèìåòðîâîì äèàïàçîíå ñ èñïîëüçîâàíèåì Φ-
ïàðàìåòðà ïðèìåíèòåëüíî ê FET ðàçëè÷íûõ
êëàññîâ.
4. ÑÖÈ êàê îòðåçîê ëèíèè ïåðåäà÷è
â ñõåìå êîìïåíñàöèè åìêîñòè
çàòâîð-èñòîê FET
Âûõîäíîé èìïåäàíñ Z ëèíèè c âîëíîâûì
ñîïðîòèâëåíèåì ρ, ýôôåêòèâíîé äëèíîé l
è àêòèâíîé íàãðóçêîé íà âõîäå sR (ðèñ. 1.)
â ïðèáëèæåíèè ìàëûõ ïîòåðü çàïèñûâàåò-
ñÿ â âèäå:
( ) ( )tg tg ,s sZ R j l jR l= ρ + ρ β ρ + β (6)
ãäå 2 .β = π λ
Ðàçäåëüíî äëÿ àêòèâíîé è ðåàêòèâíîé ÷àñòåé:
( ) ( )2 2 2 2 2Re 1 tg tg ,s sZ R l R l= ρ + β ρ + β (7)
( ) ( )2 2 2 2 2Im tg tg .s sZ l R R l= ρ β ρ + ρ + β (8)
Õàðàêòåðíûå èíòåðâàëû èçìåíåíèÿ tg lβ
ñîîòâåòñòâóþò ðàçëè÷íûì �ðåàëèçàöèÿì�
ÑÖÈ.
Ðåæèì ñ tg 0.5lβ < ( 14)l ≤ λ òðèâèàëåí
â îïèñàíèè è áîëåå õàðàêòåðåí äëÿ ñàíòèìåò-
ðîâîãî äèàïàçîíà.
Èíòåðâàë tg 1.2 1.8lβ = ÷ ñîîòâåòñòâóåò óç-
êîïîëîñíûì ðåàëèçàöèÿì ÑÖÈ, èìåþùèì äî-
ñòàòî÷íî îãðàíè÷åííóþ îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ.
Ïðè tg 2lβ > ÑÖÈ ïðèáëèæàåòñÿ ïî ñâîéñòâàì
ê ôèëüòðó íèæíèõ ÷àñòîò è â ïðåæíåì êà÷å-
ñòâå èñïîëüçîâàòüñÿ íå ìîæåò.
Íàèáîëüøèé ïðàêòè÷å ñêèé èíòåðåñ
ïðåäñòàâëÿþò �øèðîêîïîëîñíûå� ðåàëèçà-
öèè ñ tg 0.6 1.2lβ = ÷ (èíòåðâàë ýôôåêòèâíîé
äëèíû 12 8).l = λ ÷ λ Çàïèøåì âûðàæåíèÿ
(7) è (8) ñ óñëîâèÿìè (4) è (5) äëÿ tg 1:lβ =
Îñîáåííîñòè ñîãëàñîâàíèÿ ïîëåâûõ òðàíçèñòîðíûõ ñòðóêòóð íà ìèíèìóì øóì-ôàêòîðà â äåöèìåòðîâîì äèàïàçîíå
281Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò. 7, ¹3
( ) ( )2 2 22 ,s s gsR R Cρ ρ + = Φ ω (9)
( ) ( ) ( )2 2 2 2 1.25 .s s gsR R Cρ ρ − ρ + = ω (10)
Ðåçóëüòàòû ñîâìåñòíîãî ðåøåíèÿ (9) è (10)
äàþòñÿ âûðàæåíèÿìè:
( ) ( )0.522 2.5 6.25 4 ,sR = ρ Φ − + + Φ
(11)
( ) ( )0.51 21.56 .gsC
−
ρ = ω + Φ (12)
Ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó ρ, ,sR gsCω è ïðèâî-
äèìûì ê òðàíçèñòîðó Z ïðè òèïè÷íûõ çíà÷å-
íèÿõ êîýôôèöèåíòà Φ îòðàæåíû â òàáëèöå.
 êà÷åñòâå îáùåé äëÿ âñåõ çíà÷åíèé Φ ÷åðòû
ìîæíî âûäåëèòü ñóùåñòâåííîå (äâóêðàòíîå)
óìåíüøåíèå äåéñòâèòåëüíîé ÷àñòè îïòèìàëü-
íîãî èìïåäàíñà ReZ ïî ñðàâíåíèþ ñ �ñîñðå-
äîòî÷åííîé� ìîäåëüþ. Êàê óæå îòìå÷àëîñü,
ýôôåêò �ñêðûòîé� òðàíñôîðìàöèè â ÑÖÈ íå-
îáõîäèìî ó÷èòûâàòü ïðè ðàñ÷åòå öåïåé ñîãëà-
ñîâàíèÿ FET. Íàëè÷èå òðàíñôîðìàöèè ïîçâî-
ëÿåò â ðÿäå ñëó÷àåâ âîîáùå îòêàçàòüñÿ îò îò-
äåëüíîãî òðàíñôîðìèðóþùåãî çâåíà íà âõîäå
óñèëèòåëÿ.
Çàâèñèìîñòè íåîáõîäèìîãî âîëíîâîãî ñî-
ïðîòèâëåíèÿ ÑÖÈ îò ÷àñòîòû äëÿ ñòðóêòóð
ñ ðàçëè÷íûìè gsC ãðàôè÷åñêè ïîêàçàíû íà
ðèñ. 4. Ãðàôèêè ïîñòðîåíû äëÿ 0.6Φ =
(HEMT). Èñïîëüçîâàííûå â êà÷åñòâå ïàðà-
ìåòðà, çíà÷åíèÿ gsC â èíòåðâàëå 0.25 1÷ ïÔ
ñîîòâåòñòâóþò HEMT-ñòðóêòóðàì ñ øèðèíîé
çàòâîðà [19] 250 1000÷ ìêì è äëèíîé 0.25 ìêì.
Ïðåîáðàçîâàíèå õàðàêòåðèñòèê ïðè èçìåíå-
íèè Φ èìååò ïëàâíûé õàðàêòåð, áåç ëîêàëü-
íûõ ýêñòðåìóìîâ, îáåñïå÷èâàÿ âîçìîæíîñòü
ëèíåéíîé èíòåðïîëÿöèè.
Íà ðèñ. 4. óñëîâíî âûäåëåíî òðè çîíû.
 ïåðâîé çîíå, 100ρ < Îì, ðåàëèçàöèÿ èíäóê-
òèâíîñòè åùå âîçìîæíà â âèäå ïëàíàðíîé ñïè-
ðàëè èëè îòðåçêà ìèêðîïîëîñêîâîé ëèíèè. Ýòà
çîíà ñîîòâåòñòâóåò êàñêàäàì ñ øèðîêîçàòâîð-
íûìè FET â âåðõíåé ÷àñòè äåöèìåòðîâîãî
äèàïàçîíà.
 âåðõíåé çîíå (3), 500ρ > Îì. Âñëåäñòâèå
íèçêèõ çíà÷åíèé äîáðîòíîñòè è ðåçîíàíñíîé
÷àñòîòû ñòîëü âûñîêîèìïåäàíñíûõ ÑÖÈ ðà-
áîòà â 3-é çîíå äëÿ ìàëîøóìÿùèõ è/èëè øè-
ðîêîïîëîñíûõ óñòðîéñòâ íå ðåêîìåíäóåòñÿ.
Íàèáîëüøèé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿåò çîíà
ñ 100 500< ρ < Îì. Èíäóêòèâíûå ýëåìåíòû
çäåñü èìåþò êîìïëåêñ ïàðàìåòðîâ, ïîçâîëÿþ-
ùèõ ðåàëèçîâûâàòü øèðîêîïîëîñíûå óñèëèòå-
ëè, â òîì ÷èñëå íà ñëàáîòî÷íûõ òðàíçèñòîðàõ.
Âûøå óæå ïðèâîäèëèñü çíà÷åíèÿ ρ îïòè-
ìèçèðîâàííûõ ÑÖÈ, àíàëîãè êîòîðûõ óñïåø-
íî èñïîëüçîâàëèñü â ìàëîøóìÿùèõ óñèëèòå-
ëÿõ [4]. ÑÖÈ èçãîòîâëÿëèñü ïîñðåäñòâîì íà-
ìîòêè ñåðåáðÿíîé ïðîâîëîêè äèàìåòðîì
0.17 ìì è 0.13 ìì íà ôòîðîïëàñòîâûé êàðêàñ
ñ ïðèíóäèòåëüíûì øàãîì 0.25 ìì. Ïîëó÷å-
íèå çíà÷åíèÿ 450ρ > Îì (äî 600 Îì), ñ îäíî-
âðåìåííûì óõóäøåíèåì äîáðîòíîñòè
äî 150,≈ âîçìîæíî ïðè óìåíüøåíèè äèàìåòðà
ïðîâîäíèêà äî 50 ìêì, øàãà äî 100 ìêì è óêî-
ðî÷åíèè âûâîäîâ äî 1 ìì. Åñëè 1gsC > ïÔ,
â âåðõíåé ÷àñòè äèàïàçîíà äîïóñòèìî ïðèìå-
Φ 0.4 0.6 0.8
sR ( )0.16 0.21 gsCρ = ω ( )0.23 0.32 gsCρ = ω ( )0.3 0.45 gsCρ = ω
ρ ( )1.3 gsCω ( )1.4 gsCω ( )1.4 gsCω
ReZ ( )0.4 2gs sC Rρ ω = ( )0.6 1.9gs sC Rρ ω = ( )0.8 1.8gs sC Rρ ω =
ImZ ( )1.25 6gs sC Rρ ω = ( )1.25 4gs sC Rρ ω = ( )1.25 2.8gs sC Rρ ω =
Òàáëèöà
À. Ì. Êîðîëåâ
282 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò.7, ¹3
íåíèå SMD-èíäóêòèâíîñòåé [21]: 300ρ ≈ Îì,
60 120,Q = ÷ ðåçîíàíñíàÿ ÷àñòîòà 2 4÷ ÃÃö.
Çàâèñèìîñòü ýôôåêòèâíîé èíäóêòèâíîñòè
ÑÖÈ îò èìïåäàíñà èñòî÷íèêà, õàðàêòåðíàÿ äëÿ
ðåæèìà ìèíèìàëüíîãî øóì-ôàêòîðà, ìîæåò
ïðèâåñòè ê îøèáêàì â íàñòðîéêå óñèëèòåëüíî-
ãî êàñêàäà. Òàê, âûðàæåíèå (8) ïîçâîëÿåò îïðå-
äåëèòü ðåàêòàíñ, ïðèâåäåííûé ê òðàíçèñòîðó.
Äëÿ ðåàêòàíñà, �âèäèìîãî� ñî ñòîðîíû èñòî÷-
íèêà, ( )( )2Im 2 .gsZ C= ρ ρ + ω Äëÿ 0.6Φ =
è tg 1lβ = (HEMT â øèðîêîïîëîñíîì êàñêà-
äå) Im 0.4 200 0Z ≈ ρ ≈ ? (ñì. òàáëèöó). Òàêèì
îáðàçîì, åñëè ïàðàìåòðû èíäóêòèâíîãî ýëåìåí-
òà ρ è l ñîîòâåòñòâîâàëè ðàñ÷åòíûì óñëîâèÿì
ñîãëàñîâàíèÿ ñ îïòèìàëüíûì (ïî øóìàì) èñ-
òî÷íèêîì, òî ïðè íàñòðîéêå ÑÖÈ ïî âèäó À×Õ
êàñêàäà (èëè âõîäíîìó èìïåäàíñó) ñòàíäàðòíàÿ
50-îìíàÿ àïïàðàòóðà áóäåò äàâàòü èñêàæåííóþ
êàðòèíó. Äëÿ ìíèìîé ÷àñòè èìïåäàíñà â öåíò-
ðå ðàáî÷åãî äèàïàçîíà ÷àñòîò áóäåò ðåãèñòðè-
ðîâàòüñÿ íå íóëåâîå çíà÷åíèå, ñîîòâåòñòâóþùåå
ðàñ÷åòíîìó ðåæèìó êîìïåíñàöèè ,gsC à �èç-
áûòî÷íûé� ðåàêòàíñ âåëè÷èíîé äî 200 Îì.
 ðåæèìå èçìåðåíèÿ êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è
(À×Õ) ýòîò ýôôåêò ïðîÿâëÿåòñÿ êàê ñìåùåíèå
ìàêñèìóìà À×Õ â îáëàñòü íèçêèõ ÷àñòîò. �Èñ-
ïðàâëåíèå� À×Õ ïîäñòðîéêîé ÑÖÈ â äàëüíåé-
øåì, ïðè ïîäêëþ÷åíèè ê èñòî÷íèêó ñèãíàëà
ñ îïòèìàëüíûì sR (íå ðàâíûì â îáùåì ñëó÷àå
50 Îì), ìîæåò ïðèâåñòè ê äâóêðàòíîìó ïîâû-
øåíèþ øóìîâîé òåìïåðàòóðû óñèëèòåëÿ.
Áëàãîäàðÿ ëèíåéíîé ñâÿçè ρ è ,sR íà ðèñ. 4
îäíîâðåìåííî óêàçàíû çíà÷åíèÿ ,sR íåîáõî-
äèìûå äëÿ ðåàëèçàöèè ñîãëàñîâàíèÿ íà ìèíè-
ìóì øóì-ôàêòîðà. Ëåãêî âèäåòü, ÷òî íà ÷àñòî-
òàõ íèæå 1.5 ÃÃö, äàæå ñ ó÷åòîì òðàíñôîðìè-
ðóþùåãî äåéñòâèÿ ÑÖÈ, íåîáõîäèìû ,sR ñó-
ùåñòâåííî îòëè÷àþùèåñÿ îò 50 Îì.
Äîïîëíèòåëüíàÿ òðàíñôîðìàöèÿ ìîæåò îñó-
ùåñòâëÿòüñÿ îòäåëüíîé öåïüþ (Ò.Ç. íà ðèñ. 1).
 øèðîêîïîëîñíîì óñèëèòåëå ýòà æå öåïü îáåñ-
ïå÷èâàåò 2�3-òî÷å÷íîå ñîïðÿæåíèå ôàçî÷àñòîò-
íûõ õàðàêòåðèñòèê ñèñòåìû èñòî÷íèê � ñîãëà-
ñóþùèé ÷åòûðåõïîëþñíèê � FET [3]. Îäíàêî
íàëè÷èå ïîòåðü â Ò.Ç. èñêëþ÷àåò îäíîçíà÷-
íûé îòâåò íà âîïðîñ î íåîáõîäèìîñòè äîïîë-
íèòåëüíîé òðàíñôîðìàöèè. Â ýòîé ñâÿçè,
à òàêæå äëÿ îöåíêè øóìîâûõ õàðàêòåðèñòèê
â øèðîêîé ïîëîñå, îñîáûé èíòåðåñ ïðåäñòàâ-
ëÿþò ðåæèìû íåèäåàëüíîãî ñîãëàñîâàíèÿ.
Ïðèâåäåííûå â òàáëèöå ñîîòíîøåíèÿ ïðåä-
ñòàâëÿþò íàáîð óñëîâèé ðåàëèçóåìîñòè ðåæè-
ìà ñîãëàñîâàíèÿ íà ìèíèìóì øóì-ôàêòîðà. Âî
âñåì äåöèìåòðîâîì äèàïàçîíå ôîðìóëèðóþò-
ñÿ òðåáîâàíèÿ ê ρ ÑÖÈ è, ñ ó÷åòîì òðàíñôîð-
ìèðóþùèõ ñâîéñòâ ïîñëåäíåãî, îïðåäåëÿþò-
ñÿ îïòèìàëüíûå çíà÷åíèÿ èìïåäàíñà èñòî÷íè-
êà. Íèæå áóäåò ðàññìîòðåíà ìåòîäèêà ðàñ÷åòà
àáñîëþòíûõ çíà÷åíèé øóìîâîé òåìïåðàòóðû
FET ðàçëè÷íûõ êëàññîâ.
5. Øóìîâûå õàðàêòåðèñòèêè êàñêàäà.
Ïðåäñòàâëåíèå â òåðìèíàõ
ìàêðîïàðàìåòðîâ
Ñ ó÷åòîì øóìîâ ïîñëåäóþùèõ êàñêàäîâ
è óñëîâèé (4) è (5), âûðàæåíèå (1) äëÿ ýêâè-
âàëåíòíîé òåìïåðàòóðû øóìîâ çàïèøåòñÿ
â âèäå:
( )( )2
min 0 Ren n gsT T T G Z C= + − Φ ω +
( )( )2
2Im 1.25 Re ,gs aZ j C Z T G+ − ω +
(13)
Ðèñ. 4. Çàâèñèìîñòè íåîáõîäèìîãî âîëíîâîãî ñî-
ïðîòèâëåíèÿ ÑÖÈ ρ è îïòèìàëüíîãî ñîïðîòèâëå-
íèÿ èñòî÷íèêà ñèãíàëà sR îò ÷àñòîòû äëÿ HEMT-
ñòðóêòóð ñ òèïè÷íûìè çíà÷åíèÿìè gsC :
� gsC 0.25= ïÔ; ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ � gsC 0.5= ïÔ;
� � � � gsC 1= ïÔ; � ⋅ � ⋅ � � gsC 2= ïÔ.
Âåëè÷èíû sR óêàçàíû ñ ó÷åòîì òðàíñôîðìèðóþ-
ùèõ ñâîéñòâ ÑÖÈ
Îñîáåííîñòè ñîãëàñîâàíèÿ ïîëåâûõ òðàíçèñòîðíûõ ñòðóêòóð íà ìèíèìóì øóì-ôàêòîðà â äåöèìåòðîâîì äèàïàçîíå
283Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò. 7, ¹3
ãäå 2T � ýêâèâàëåíòíàÿ òåìïåðàòóðà øóìîâ
ïîñëåäóþùåãî óñòðîéñòâà, Ê; aG � êîýôôè-
öèåíò óñèëåíèÿ ïî ìîùíîñòè èññëåäóåìîãî
óñòðîéñòâà.
Ðåàëüíîå óñèëèòåëüíîå óñòðîéñòâî íèêîãäà
íå ñîñòîèò èç èäåíòè÷íûõ êàñêàäîâ. Íåîáõî-
äèìîñòü ôîðìèðîâàíèÿ À×Õ, îáåñïå÷åíèÿ óñ-
òîé÷èâîñòè è äðóãèå ôàêòîðû çàñòàâëÿþò ðàç-
ðàáîò÷èêîâ èñïîëüçîâàòü êîìïðîìèññíûé ðå-
æèì � ñðåäíèé ìåæäó ñîãëàñîâàíèåì íà ìèíè-
ìóì øóì-ôàêòîðà 2 min( )T T≈ è íà ìàêñèìóì êî-
ýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ 2( 300T ≈ Ê). Â ýòèõ óñ-
ëîâèÿõ ïîíÿòèå ìåðû øóìà íå óäîáíî, è â (13)
øóìû ïîñëåäóþùèõ êàñêàäîâ ïðåäñòàâëåíû
îáùèì âûðàæåíèåì Ôðèñà. Â äàëüíåéøåì áó-
äåì ñ÷èòàòü 2T ðàâíîé nT äëÿ óñëîâíî-èäåàëü-
íîãî óñèëèòåëÿ, è ðàâíîé ôèç 3T (100 Ê â íîð-
ìàëüíûõ óñëîâèÿõ) äëÿ óñëîâíî-ðåàëüíîãî óñè-
ëèòåëÿ.
Âõîäÿùèå â (13) min ,T ,nG ,aG à òàêæå
îïòReZ (äåéñòâèòåëüíàÿ ÷àñòü îïòèìàëüíî-
ãî èìïåäàíñà èñòî÷íèêà) â äåöèìåòðîâîì äè-
àïàçîíå ìîæíî âûðàçèòü ÷åðåç ïàðàìåòðû
ýêâèâàëåíòíîé ñõåìû FET ( ,mg ,dr ,gsr )gsG
è ôåíîìåíîëîãè÷åñêèå ïàðàìåòðû dT è gT
â âèäå [15]:
( )( )1 2
min 2 ,gs m d g gs dT C g T T r r= ω (14)
( )2
0 ,n gs m d dG C g T r T= ω (15)
( ) ( )2 21 4a gs m gs d gs mG C g r r C g− = ω + ω ×
( ) ( )( ) ( )22
Re Im 1 Re ,gs gs dZ r Z j C r Z × − + − ω
(16)
( )( )îïòRe .m gs gs d g dZ g C r r T T= ω (17)
 (16) ïåðâîå ñëàãàåìîå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé
îáðàòíóþ âåëè÷èíó ìàêñèìàëüíîãî êîýôôèöè-
åíòà óñèëåíèÿ, ñîîòâåòñòâóþùåãî óñëîâèþ
max :aG = ( ).gsZ r j C= + ω  ñëó÷àå ñîãëà-
ñîâàíèÿ íà ìèíèìóì øóìîâ Re gsZ r? êîýôôè-
öèåíò óñèëåíèÿ â îñíîâíîì îïðåäåëÿåòñÿ âòî-
ðûì ñëàãàåìûì âûðàæåíèÿ (16):
( )22 Rea m d gsG g r Z C= ω ×
( )( )22(Re ) Im .gsZ Z j C × + − ω (18)
×èñëåííàÿ îöåíêà aG äëÿ âñåõ êëàññîâ
ìàëîøóìÿùèõ FET äàåò âåëè÷èíó áîëåå 16 äÁ,
è òîëüêî ïðè ñèëüíîì ðàññîãëàñîâàíèè
(Im 0)Z = óñèëåíèå ïàäàåò íà 3 äÁ. Ñîîòâåò-
ñòâåííî, 2 ôèç 3 2a aT G T G≤ ≤ Ê. Òîãäà, ñ íå-
çíà÷èòåëüíîé ïîòåðåé òî÷íîñòè, ìîæíî èñ-
êëþ÷èòü èç (13) ÷ëåí, ïðåäñòàâëÿþùèé øóìû
ïîñëåäóþùèõ êàñêàäîâ, è äàëüíåéøåå ðàñ-
ñìîòðåíèå ðåæèìà íåîïòèìàëüíîãî ñîãëàñî-
âàíèÿ ìîæåò áûòü ñëåäóþùèì.
Çàïèøåì âûðàæåíèå (13) â îòíîñèòåëüíûõ
åäèíèöàõ ( )norm min :nT T T=
( ) ( )( )2
norm 1 2 Regs gsT C C Z= + ω Φ Φ ω − +
( )( )2
1.25 Im Re .gsj C Z Z+ ω − (19)
Òðåõìåðíûé ãðàôèê ôóíêöèè ( , ),F x y ñî-
îòâåòñòâóþùåé (19) äëÿ 0.6,Φ = ïîêàçàí
íà ðèñ. 5 â èíâàðèàíòíûõ êîîðäèíàòàõ:
Re ;gsx C Z= ω Im .gsy C Z= ω
Ðèñ. 5. Ãðàôè÷åñêîå ïðåäñòàâëåíèå çàâèñèìîñ-
òè øóìîâîé òåìïåðàòóðû óñèëèòåëÿ íà HEMT
îò âåëè÷èí àêòèâíîé è ðåàêòèâíîé ÷àñòåé èì-
ïåäàíñà èñòî÷íèêà ñèãíàëà. Àïïëèêàòà ñîîòâåò-
ñòâóåò îòíîñèòåëüíîìó çíà÷åíèþ øóìîâîé
òåìïåðàòóðû: n minF(x, y)= T T . Êîîðäèíàòû
x è y ïðåäñòàâëÿþò èìïåäàíñ èñòî÷íèêà â èíâà-
ðèàíòíîì âèäå: gsx = C ReZ;ω gsy = C ImZω
À. Ì. Êîðîëåâ
284 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò.7, ¹3
Ñå÷åíèÿ ïîâåðõíîñòè ïëîñêîñòÿìè
constx = è consty = ïðåäñòàâëÿþò õàðàêòå-
ðèñòèêè ðåæèìà íåîïòèìàëüíîãî ñîãëàñîâàíèÿ
(ðàññòðîéêè). Ñå÷åíèÿ ( , ) constF x y = � èçâå-
ñòíûå �îêðóæíîñòè ðàâíîãî øóìà� [22], õà-
ðàêòåðèçóþùèå ïîëîñîâûå ñâîéñòâà FET.
Ïðè çàïèñè ïàðàìåòðîâ îêðóæíîñòåé (êîîð-
äèíàòû öåíòðà: 0 norm,x T= Φ 0 1.25;y = ðàäèóñ
0.5
norm( 1) )R T= Φ − ñòàíîâèòñÿ î÷åâèäíîé ïî-
ëåçíîñòü ââåäåíèÿ èíâàðèàíòíûõ ïåðåìåííûõ
x è y. Ïðÿìàÿ ïðîïîðöèîíàëüíîñòü ðàäèóñà îê-
ðóæíîñòåé ðàâíîãî øóìà Φ-ïàðàìåòðó íàãëÿä-
íî äåìîíñòðèðóåò ïðåèìóùåñòâà HEMT
â øèðîêîïîëîñíûõ ïðèëîæåíèÿõ.
Ðàñ÷åò êîíêðåòíîãî óñòðîéñòâà ìîæåò áûòü
ïðîâåäåí â ñëåäóþùåé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè.
Äëÿ ñðåäíåãåîìåòðè÷åñêîé ÷àñòîòû ðàáî÷åãî
äèàïàçîíà è âûáðàííîãî êëàññà òðàíçèñòîðà
ïî ãðàôèêàì (ðèñ. 4 äëÿ HEMT) îïðåäåëèòü
äîïóñòèìóþ åìêîñòü çàòâîð-èñòîê (äëèíó çàò-
âîðà) è íåîáõîäèìîå ρ ÑÖÈ. Çàòåì, îñòàíî-
âèâ âûáîð íà êîíêðåòíîì òèïå òðàíçèñòîðà,
óòî÷íèòü çíà÷åíèÿ ρ, ,gsC ,sR Φ è ââåñòè èõ
â ñèñòåìó óðàâíåíèé (7), (8), (19) äëÿ ïîëó÷å-
íèÿ ÷àñòîòíîé õàðàêòåðèñòèêè íîðìèðîâàííîé
øóìîâîé òåìïåðàòóðû.
Ïåðåõîä ê àáñîëþòíûì çíà÷åíèÿì øóìîâîé
òåìïåðàòóðû ìîæíî îñóùåñòâèòü, îïðåäåëèâ
ïðåäåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè minT è ,aG èíâàðè-
àíòíûå îòíîñèòåëüíî ïðåîáðàçîâàíèÿ áåç ïîòåðü.
Çàïèøåì âûðàæåíèå (18) äëÿ ðåæèìà ìè-
íèìàëüíîãî øóì-ôàêòîðà ( îïòIm ImZ Z= ≅
( )1 ,gsÑ≅ ω ( ))îïòRe Re gsZ Z C= = Φ ω â âèäå:
,a u tG K Q= Φ (20)
ãäå u m dK g r= � êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïî íà-
ïðÿæåíèþ íà Í×; ( )t m gsQ g C= ω � ôàêòîð êà-
÷åñòâà òðàíçèñòîðíîé ñòðóêòóðû.
Ïàðàìåòðû uK è tQ � áåçðàçìåðíûå âåëè-
÷èíû, õàðàêòåðèçóþùèå íå ñòîëüêî êîíêðåò-
íûé òèï (ìàðêó) òðàíçèñòîðà, ñêîëüêî öåëûé
êëàññ ïðèáîðîâ, îáðàçîâàííûé ïî îáùèì ïðè-
çíàêàì òåõíîëîãèè (MESFET, HEMT,
I-HEMT, PHEMT, E-PHEMT, ÌMHEMT, LM-
HEMT ...) è ïî äëèíå çàòâîðà (0.1 ìêì, 0.25 ìêì,
0.3 ìêì, 0.5 0.7÷ ìêì). Øèðèíà çàòâîðà
ó òðàíçèñòîðîâ ðàçíûõ òèïîâ âíóòðè êëàññà
ìîæåò ðàçëè÷àòüñÿ è ïðèâîäèòü ê êðàòíîìó èç-
ìåíåíèþ êðóòèçíû, ñîïðîòèâëåíèÿ ñòîê�èñ-
òîê, åìêîñòè èñòîê�çàòâîð, îïòèìàëüíîãî èì-
ïåäàíñà èñòî÷íèêà è äðóãèõ ïàðàìåòðîâ.  òî
æå âðåìÿ ðÿä âåëè÷èí ïî÷òè íå èçìåíÿåòñÿ.
Íàïðèìåð, îïò gsR r [19], d dT r [15].
Ïðàêòè÷åñêè ïîñòîÿííûìè ÿâëÿþòñÿ ìàêðî-
ïàðàìåòðû ,uK tQ è îïðåäåëÿåìûé íèæå .inQ
Ââîäèìûå âåëè÷èíû ñëàáî çàâèñÿò îò ðåæèìà
òðàíçèñòîðà ïî ïîñòîÿííîìó òîêó è, ÷òî êðàé-
íå ïîëåçíî â ïðàêòè÷åñêèõ ïðèëîæåíèÿõ, îï-
ðåäåëÿþòñÿ èç ñïðàâî÷íûõ äàííûõ ëèáî ìîãóò
áûòü èçìåðåíû íà íèçêèõ ÷àñòîòàõ.
Îïðåäåëèì minT â òåðìèíàõ ìàêðîïàðàìåò-
ðîâ. Îñòàâàÿñü â ðàìêàõ ôåíîìåíîëîãè÷åñêî-
ãî ïîäõîäà, èñïîëüçóåì óñëîâèå (2) ñîâìåñòíî
ñ âûðàæåíèåì (17) äëÿ èñêëþ÷åíèÿ dT èç (14):
min 2 .gs g gsT r T C= ω Φ (21)
,gT ïî ñâîåìó ôèçè÷åñêîìó ñìûñëó, îïèñûâà-
åò øóìû ñîïðîòèâëåíèÿ ,gsr áëèçêîãî ê îìè-
÷åñêîìó. Äåòàëüíîå òåîðåòè÷åñêîå ðàññìîòðå-
íèå [23] è âñå îïóáëèêîâàííûå ýêñïåðèìåí-
òàëüíûå äàííûå, ñ òî÷íîñòüþ äî åäèíèö ïðî-
öåíòîâ, ïîçâîëÿþò îòîæäåñòâèòü gT c ôèçè-
÷åñêîé òåìïåðàòóðîé êðèñòàëëà FET ôèç.T
Ïîñêîëüêó ïðîèçâåäåíèå gs gsr C ïî÷òè íå çà-
âèñèò îò äëèíû çàòâîðà [19], ââåäåì âõîäíóþ
äîáðîòíîñòü FET ( )1in gs gsQ r C= ω êàê ðàçìåð-
íûé èíâàðèàíò è çàïèøåì (21) â âèäå:
( )min ôèç2 .inT T Q= Φ (22)
Äëÿ îöåíêè ïîëó÷åííîãî âûðàæåíèÿ ïðè-
âåäåì ðÿä ïðèìåðîâ âû÷èñëåíèÿ minT ðàçíû-
ìè ìåòîäàìè (÷àñòîòà 1.5 ÃÃö).
Äîáðîòíîñòü inQ ðàñïðîñòðàíåííîãî
MESFET òèïà MGF1412, ðàññ÷èòàííàÿ ïî ïà-
ðàìåòðàì ýêâèâàëåíòíîé ñõåìû, áëèçêà ê 50;
0.4.Φ ≈ Ðàñ÷åò ïî ìåòîäó ìàêðîïàðàìåòðîâ
äàåò min (25 5)T = ± Ê, ïî ìåòîäèêå øóìîâûõ
êîýôôèöèåíòîâ [3] � min 19T = Ê.
Äëÿ òèïè÷íûõ HEMT ðàçðàáîòêè êîíöà 80-õ
ãîäîâ FHR02X � 107 10,mQ = ± 0.6.Φ ≈
À. Ì. Êîðîëåâ
285 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò.7, ¹3
 ìåòîäèêå ìàêðîïàðàìåòðîâ min (9 1)T = ± Ê;
�ðåçèñòîðíî-òåìïåðàòóðíûé� ìåòîä äàåò
min 8.5T = Ê [2].
Ñîâïàäåíèå ðåçóëüòàòîâ ðàñ÷åòîâ, ïðîâå-
äåííûõ ðàçíûìè ìåòîäàìè, âïîëíå óäîâëåò-
âîðèòåëüíîå è íà áîëåå âûñîêèõ ÷àñòîòàõ.
Íàïðèìåð, äëÿ ÷àñòîòû 4 ÃÃö minT MESFET
òèïà 3Ï325À2 ïðè ðàñ÷åòå ïî ìåòîäó øóìî-
âûõ êîýôôèöèåíòîâ [6] áëèçêà ê (100 10)± Ê;
ïî ìåòîäó ìàêðîïàðàìåòðîâ � (96 10)± Ê.
Äëÿ 0.25-ìêì PHEMT [20] íà ÷àñòîòå 5 ÃÃö
min,T âû÷èñëåííàÿ â ðàìêàõ áàçèñíîé ìîäå-
ëè àêòèâíîãî ÷åòûðåõïîëþñíèêà ñ äâóìÿ ãå-
íåðàòîðàìè øóìà, èìååò çíà÷åíèå (32 5)± Ê.
Ìåòîä ìàêðîïàðàìåòðîâ ( 0.7)Φ = äàåò âå-
ëè÷èíó min (35 4)T = ± Ê.  ïðèâåäåííûõ ïðè-
ìåðàõ çíà÷åíèÿ minT îòëè÷àþòñÿ îò ýêñïåðèìåí-
òàëüíî îïðåäåëåííûõ íå áîëåå, ÷åì íà 10 %.
Ìåòîä ìàêðîïàðàìåòðîâ ìîæíî ðàñïðîñòðà-
íèòü íà ãëóáîêî îõëàæäàåìûå óñòðîéñòâà, îï-
ðåäåëèâ çàâèñèìîñòü Φ îò òåìïåðàòóðû.
Íå âñòóïàÿ â ïðîòèâîðå÷èå ñ îáùåôèçè÷åñêè-
ìè ïðåäñòàâëåíèÿìè è ýêñïåðèìåíòàëüíûìè
äàííûìè (ñì., íàïðèìåð, [2]), ìîæíî äîïóñòèòü,
÷òî äâóêðàòíîå ñíèæåíèå Φ ïðè îõëàæäåíèè
äî 20 Ê ïðèñóùå âñåì êëàññàì ìàëîøóìÿùèõ
FET. Åñòü îñíîâàíèÿ ïîëàãàòü, ÷òî
â ýòîì ñëó÷àå ïîãðåøíîñòü âû÷èñëåíèÿ minT
íå ïðåâûñèò 10 15 %,÷ íî ýòà ïðîáëåìà íóæ-
äàåòñÿ â äîïîëíèòåëüíîì èññëåäîâàíèè.
Ñ îñòîðîæíîñòüþ ñëåäóåò ïîäõîäèòü ê ðàñ-
÷åòó õàðàêòåðèñòèê øèðîêîçàòâîðíûõ (áîëåå
1 ìì) FET: tQ è Φ ýòèõ ïðèáîðîâ ìîãóò îòëè-
÷àòüñÿ îò ñîîòâåòñòâóþùèõ âåëè÷èí äëÿ óçêî-
çàòâîðíûõ âàðèàíòîâ.
Ñ ó÷åòîì óêàçàííûõ îãðàíè÷åíèé ôîðìóëó
(22) ìîæíî ñ÷èòàòü âïîëíå ðàáîòîñïîñîáíîé.
Ïðèìåíèì ïðèåì, àíàëîãè÷íûé ïðîâåäåí-
íîé âûøå ïðîöåäóðå ïåðåõîäà îò (14) ê (22), êî
âòîðîìó ÷ëåíó âûðàæåíèÿ (13). Òîãäà äëÿ äî-
áàâî÷íûõ øóìîâ, îáóñëîâëåííûõ îòõîäîì îò
îïòèìàëüíîãî ñîãëàñîâàíèÿ ïî àêòèâíîé êîì-
ïîíåíòå ñîïðîòèâëåíèÿ èñòî÷íèêà, ïîëó÷àåì:
( ) ( )( )22
ôèç Re Ren in gs gsT T Q C Z C Z δ = Φ ω −Φ ω =
( )( )( )2
ôèç 1 ,in n nT Q R R= Φ − (23)
ãäå îïòRe Re Ren gsR Z Z C Z= = ω Φ � óñëîâ-
íûé êîýôôèöèåíò �øóìîâîãî ñîãëàñîâàíèÿ�.
Ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå (19), (21), (22)
è (23), ïîëó÷àåì äëÿ óñèëèòåëÿ â öåëîì:
( ) ( )2
ôèç min ôèç2 1n n in nT T Q T R Q R= Φ + − Φ +
( )2 .u tT K Q+ Φ (24)
ãäå 2,T êàê áûëî îãîâîðåíî âûøå, ìîæåò
ïðèíèìàòü äâà çíà÷åíèÿ: nT è ôèç 3.T Äëÿ ñîá-
ñòâåííîé òåìïåðàòóðû òðàíçèñòîðà ïðè ïðî-
èçâîëüíîì àêòèâíîì ñîïðîòèâëåíèè èñòî÷íè-
êà èìååì:
( ) ( ) ( ) ( )2 2
ñîá ôèç min1 1 2 .n in n n nT T R Q R T R R= + Φ = +
(25)
Âûðàæåíèå (25) ïîçâîëÿåò îòâåòèòü íà ïî-
ñòàâëåííûé â ðàçäåëå 2 âîïðîñ î äîïóñòè-
ìîñòè îòõîäà îò îïòèìàëüíîãî ðåæèìà ñî-
ãëàñîâàíèÿ ñ èñòî÷íèêîì è âîçìîæíîñòè
îòêàçà îò âõîäíîãî òðàíñôîðìèðóþùåãî çâå-
íà. Çàäàâàÿñü äîïóñòèìûì çíà÷åíèåì
ñîá min ,T T ïîëó÷àåì ïðîñòîé êðèòåðèé âîç-
ìîæíîñòè îòõîäà îò îïòèìàëüíîãî ðåæèìà
ñîãëàñîâàíèÿ.
 êà÷åñòâå ïðèìåðà ðàññìîòðèì ðàáîòó
òðàíçèñòîðà MGFC4404 (÷èï) â ñðåäíåé ÷àñ-
òè äåöèìåòðîâîãî äèàïàçîíà (1.5 ÃÃö). Èñõî-
äÿ èç ïàñïîðòíîãî çíà÷åíèÿ âõîäíîé åìêîñòè
è 0.6Φ = (HEMT) îïòèìàëüíûé ãåíåðàòîð
äîëæåí èìåòü ñîïðîòèâëåíèå Re 300Z ≈ Îì.
Êî âõîäó ÑÖÈ íåîáõîäèìî ïðèâåñòè ñîïðî-
òèâëåíèå 300 1.9 158sR = = Îì (ñì. òàáëè-
öó). Ïðè íåïîñðåäñòâåííîì ïîäêëþ÷åíèè
ñòàíäàðòíîãî èñòî÷íèêà ñ 50sR = Îì
50 158 0.32nR = = è ñîá min 1.72.T T = Àáñî-
ëþòíîå çíà÷åíèå äîáàâêè ñîñòàâèò 6 Ê. Ñîîò-
âåòñòâåííî, ïðèìåíåíèå âõîäíîãî òðàíñôîð-
ìèðóþùåãî çâåíà èìååò ñìûñë, åñëè îìè÷åñ-
êèå ïîòåðè â íåì íå ïðåâûñÿò 0.08 äÁ.
Èñòî÷íèê øóìîâ, íå ó÷èòûâàåìûé â (25), �
äèññèïàòèâíûå ïîòåðè â ñàìîì èíäóêòèâíîì
ñîãëàñóþùåì ýëåìåíòå. Âëèÿíèå ýòèõ ïîòåðü
áóäåò ïðîàíàëèçèðîâàíî íèæå.
À. Ì. Êîðîëåâ
286 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò.7, ¹3
6. Øóìîâûå õàðàêòåðèñòèêè
ñ ó÷åòîì ïîòåðü â ÑÖÈ
Ïîñêîëüêó ïîòåðè â ýëåìåíòàõ ñîãëàñóþ-
ùèõ öåïåé ìàëîøóìÿùèõ óñòðîéñòâ î÷åíü
ìàëû, îíè íàõîäÿòñÿ êîñâåííî � ïî ðåçóëüòà-
òàì èçìåðåíèÿ äîáðîòíîñòè [2, 3] â ðåàëü-
íûõ óñëîâèÿõ: â ðàáî÷åì äèàïàçîíå ÷àñòîò
è ñ êîíöåâîé åìêîñòüþ, ðàâíîé .gsC Ðàñïî-
ëàãàÿ äàííûìè î äîáðîòíîñòè ÑÖÈ ( )LQ êàê
ïåðâè÷íîé õàðàêòåðèñòèêå, ïðè ìàêðîïàðà-
ìåòðè÷åñêîé ôîðìå çàïèñè âûðàæåíèÿ äëÿ
øóìîâîé òåìïåðàòóðû ëåãêî ó÷åñòü âëèÿíèå
ïîòåðü â ÑÖÈ. Ïîñêîëüêó èíäóêòèâíîñòü L
âêëþ÷åíà ïîñëåäîâàòåëüíî ñ öåïüþ çàòâîð-
èñòîê (ñì. ðèñ. 1), äåêðåìåíòû ýëåìåíòîâ
ïðîñòî ñóììèðóþòñÿ è âìåñòî inQ â (25)
ñëå-
äóåò ïîäñòàâëÿòü äåéñòâóþùåå çíà÷åíèå äîá-
ðîòíîñòè ( )1 11 :in LQ Q Q− −
∑ = +
( ) ( )2
ñîá ôèç 1 .n nT T R Q R∑= + Φ (26)
Äëÿ îõëàæäàåìîãî óñòðîéñòâà Q∑ äîëæíà
âû÷èñëÿòüñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì âåñîâûõ êîýô-
ôèöèåíòîâ ïðè inQ è ,LQ ñîîòâåòñòâóþùèõ
èõ ôèçè÷åñêîé òåìïåðàòóðå.
Âî Ââåäåíèè óæå óïîìèíàëîñü îá îòêëî-
íåíèè ÷àñòîòíîé çàâèñèìîñòè nT îò ëèíåé-
íîãî çàêîíà [9]. Èíîãäà íàáëþäàåòñÿ äàæå
âûõîä íà íåêîòîðîå ïîñòîÿííîå çíà÷åíèå [10]
â êîíöå äåöèìåòðîâîãî ëèáî â íà÷àëå ñàí-
òèìåòðîâîãî äèàïàçîíà. Äëÿ øèðîêîïîëîñ-
íûõ óñèëèòåëåé ýòî ÿâëåíèå âïîëíå îáúÿñ-
íèìî �óõîäîì� îò ðåæèìà îïòèìàëüíîãî ñî-
ãëàñîâàíèÿ è âêëàäîì øóìîâ íàãðóçêè
è ïîñëåäóþùèõ êàñêàäîâ. Ïðè ýòîì �óõîä�
îò îïòèìàëüíîãî ñîãëàñîâàíèÿ ïî âõîäó ìî-
æåò áûòü âûíóæäåííûì, ïîñêîëüêó îïòè-
ìàëüíûé êîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ ïî âõîäó
( ) ( )âõ îïò îïòRe Regs gsZ r Z rΓ = − + â äåöèìåò-
ðîâîì äèàïàçîíå ïðèáëèæàåòñÿ ê åäèíèöå,
çàòðóäíÿÿ ðåàëèçàöèþ äàæå óñëîâíî óñòîé-
÷èâîãî ðåæèìà. Ðàçðàáîò÷èê âûíóæäåí ââî-
äèòü ñòàáèëèçèðóþùóþ îáðàòíóþ ñâÿçü,
âêëþ÷àòü íåâçàèìíûå è äèññèïàòèâíûå ýëå-
ìåíòû è ò. ï. Âñå ýòî ìîæåò ñóùåñòâåííî
óâåëè÷èòü øóìîâóþ òåìïåðàòóðó óñèëèòåëÿ
ïî ñðàâíåíèþ ñ minT òðàíçèñòîðà.
Íî è äëÿ minT èçìåðåííûå â äåöèìåòðîâîì
äèàïàçîíå çíà÷åíèÿ ìîãóò çàìåòíî îòêëîíÿòü-
ñÿ îò îæèäàåìûõ, ïîëó÷åííûõ ëèíåéíîé ýêñò-
ðàïîëÿöèåé õàðàêòåðèñòèê â ñàíòèìåòðîâîì
äèàïàçîíå [11]. Ñóùåñòâóþùèå îáúÿñíåíèÿ îò-
êëîíåíèÿ minT îò ëèíåéíîñòè (íà îòíîñèòåëü-
íî íèçêèõ ÷àñòîòàõ) â îñíîâíîì ñâîäÿòñÿ
ê ïðåäïîëîæåíèþ î âëèÿíèè øóìîâ òèïà 1 ,f
G R− è ò. ï. Ïîäðîáíûå èññëåäîâàíèÿ íèçêî-
÷àñòîòíûõ øóìîâ FET ïîêàçàëè [8], ÷òî îíè
ïðîÿâëÿþòñÿ íà õàðàêòåðíîé ÷àñòîòå íå âûøå
300 ÌÃö. Â äåöèìåòðîâîì äèàïàçîíå âêëàä
ñïåöèôè÷åñêè íèçêî÷àñòîòíûõ øóìîâ ïðå-
íåáðåæèìî ìàë, õîòÿ �ñëåäû� 1 f -øóìà îò-
ìå÷àþòñÿ äî 2 ÃÃö [9]. Íå îòðèöàÿ â ïðèíöè-
ïå íàëè÷èÿ èñòî÷íèêîâ 1 f -øóìà, ïîëàãàåì, ÷òî
â ðÿäå ñëó÷àåâ íàáëþäàåìûé ýôôåêò îòêëîíå-
íèÿ ÷àñòîòíîé çàâèñèìîñòè øóìîâîé òåìïåðà-
òóðû îò ëèíåéíîãî çàêîíà ìîæåò èìåòü âíåøíåå
ïî îòíîøåíèþ ê òðàíçèñòîðó ïðîèñõîæäåíèå.
 äåöèìåòðîâîì äèàïàçîíå èñïîëüçîâàíèå
óíèâåðñàëüíûõ èçìåðèòåëåé øóì-ôàêòîðà
ñ ñîãëàñóþùèìè öåïÿìè íà îñíîâå âûñîêîäîá-
ðîòíûõ øëåéôîâ çàòðóäíåíî èç-çà ïîÿâëåíèÿ
âíåïîëîñíîé ãåíåðàöèè, îñîáåííî ïðè òåñòè-
ðîâàíèè óçêîçàòâîðíûõ HEMT. Èçãîòîâèòåëè
òðàíçèñòîðîâ �íèçêî÷àñòîòíûõ� õàðàêòåðèñòèê
íå ïðèâîäÿò, òåì áîëåå ÷òî ïðè êîýôôèöèåí-
òàõ îòðàæåíèÿ áîëåå 0.7 ðåçêî âîçðàñòàþò
îøèáêè èçìåðåíèÿ èìïåäàíñîâ [16]. È âñå æå
íåîáõîäèìîñòü â ñâåðõìàëîøóìÿùèõ óñòðîé-
ñòâàõ çàñòàâëÿåò ðàçðàáîò÷èêîâ ïðèìåíÿòü
òðàíçèñòîðû ñ ïîâûøåííîé ãðàíè÷íîé ÷àñòî-
òîé.  ýòîì ñëó÷àå, åñëè äëÿ ïðåäâàðèòåëüíî-
ãî èññëåäîâàíèÿ FET èñïîëüçîâàíà òåñòîâàÿ
ÿ÷åéêà ñ ìàëîðàçìåðíûìè èíäóêòèâíûìè ýëå-
ìåíòàìè (õîòÿ áû îäíèì � êîìïåíñàòîðîì
âõîäíîãî ðåàêòàíñà FET), òî ðåãèñòðèðóåìàÿ
íåëèíåéíîñòü çàâèñèìîñòè min( ),T f ñêîðåå
âñåãî, èìååò àïïàðàòóðíîå ïðîèñõîæäåíèå. Çà-
ïèøåì âûðàæåíèå (22) ñ ó÷åòîì äîáðîòíîñòè
ñîãëàñóþùåãî ýëåìåíòà :LQ
( )( )1 1
min ôèç2 .in LT Q Q T− −= + Φ (27)
Âûðàæåíèå (27) ìîæåò îïèñûâàòü äâà ðàç-
ëè÷íûõ ñëó÷àÿ.  ïåðâîì ñëó÷àå ïðîâîäèòñÿ
À. Ì. Êîðîëåâ
287 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò.7, ¹3
òåñòèðîâàíèå òðàíçèñòîðà êàê òàêîâîãî ñ íà-
ñòðîéêîé èíäóêòèâíîñòè íà îïòèìóì â êàæ-
äîé òî÷êå ðàññìàòðèâàåìîãî äèàïàçîíà. Òîãäà
constLQ = è (27) çàïèøåòñÿ â âèäå:
( )( ) ( )min ôèç 0 0 ôèç2 2in LT T Q T Q= ω ω + Φ =
( ) ( )( )ôèç 0 02 1 ,in LT Q Q= Φ ω ω + (28)
ãäå 0inQ � äîáðîòíîñòü inQ íà ÷àñòîòå 0,ω
ïðèíàäëåæàùåé ðàáî÷åìó äèàïàçîíó.
Âûðàæåíèå (28) ïîäòâåðæäàåò ïðÿìî ïðîïîð-
öèîíàëüíóþ çàâèñèìîñòü minT îò ω, íî ñî ñäâè-
ãîì ââåðõ ïî òåìïåðàòóðå, ðàâíûì ( )ôèç2 .LT QΦ
Äëÿ HEMT â íèæíåé ÷àñòè äåöèìåòðîâîãî äè-
àïàçîíà ñäâèã ìîæåò ñîñòàâèòü 2 6÷ Ê, ò. å.
äî 50 %. Åñëè minT èçìåðÿëàñü èçãîòîâèòåëåì
òðàíçèñòîðà íà ÷àñòîòàõ ñàíòèìåòðîâîãî äèà-
ïàçîíà ñòàíäàðòíî, â âûñîêîäîáðîòíîì ñîãëàñó-
þùåì ìîäóëå, òî ñäâèã èñõîäíî îòñóòñòâîâàë.
Ïîïûòêà ôîðìàëüíîé �ñøèâêè� äâóõ ïîäîáíûõ
çàâèñèìîñòåé íåèçáåæíî áóäåò ïîðîæäàòü âè-
äèìîå îòêëîíåíèå îò ëèíåéíîãî çàêîíà.
Âî âòîðîì ñëó÷àå òåñòèðóåòñÿ êàñêàä ñ èí-
äóêòèâíîñòüþ, îïòèìèçèðîâàííîé â êàêîé-òî
êîíêðåòíîé òî÷êå ðàáî÷åãî äèàïàçîíà 0( ) :ω
( ) ( ) ( )( )min ôèç 0 0 0 02 .in LT T Q Q= Φ ω ω + ω ω (29)
Âûðàæåíèå (29) íåïîñðåäñòâåííî îïèñû-
âàåò íåëèíåéíóþ ôóíêöèþ ñ ìèíèìóìîì
íà ÷àñòîòå ( )0 :L gsR rω ( ) 0.5
min0 2 L inT Q Q
−= ×
( )ôèç2 ,T× Φ ãäå 0LQ è 0inQ âçÿòû íà ÷àñòîòå
0.5
0 1 ( ) .LCω =
Òàêèì îáðàçîì, âûðàæåíèÿ (27) � (29)
îáúÿñíÿþò îäíó èç âîçìîæíûõ ïðè÷èí âèäè-
ìîãî îòêëîíåíèÿ ÷àñòîòíîé çàâèñèìîñòè minT
îò ëèíåéíîé. Çàïèñàííîå â òåðìèíàõ ìàêðî-
ïàðàìåòðîâ, âûðàæåíèå (27) ïîçâîëÿåò ïðÿìî
ó÷åñòü ïîòåðè â èíäóêòèâíîì ñîãëàñóþùåì
ýëåìåíòå, ïîëüçóÿñü ïåðâè÷íûì èñòî÷íèêîì
èíôîðìàöèè î ïîòåðÿõ � çíà÷åíèåì äîáðîò-
íîñòè. Ðåøåíèå (29) îòíîñèòåëüíî LQ
è ñôîðìóëèðîâàííûå âûøå òðåáîâàíèÿ ê ρ è l
ñîñòàâëÿþò äîñòàòî÷íûé äëÿ ðàçðàáîò÷èêà íà-
áîð ïàðàìåòðîâ ÑÖÈ. Ïîäñòàíîâêà minT â ôîð-
ìå (27) â ôîðìóëó (19) äàåò âîçìîæíîñòü
ðàññìàòðèâàòü ïîñëåäíþþ êàê âûðàæåíèå äëÿ
øóìîâîé òåìïåðàòóðû êàñêàäà, ò. å. êàê íå-
ïîñðåäñòâåííî èçìåðÿåìóþ âåëè÷èíó.
7. Âûâîäû
Ïðåäëîæåííûé â ðàáîòå ìàêðîïàðàìåòðè-
÷åñêèé ïîäõîä ê ðàñ÷åòó øóìîâûõ õàðàêòåðè-
ñòèê ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ, â îòëè÷èå îò ñó-
ùåñòâóþùèõ, íå ïðåäïîëàãàåò ïðåäâàðèòåëü-
íîãî ýêñïåðèìåíòàëüíîãî îïðåäåëåíèÿ øóìî-
âûõ ïàðàìåòðîâ íà ÑÂ×. Àíàëèòè÷åñêèå âû-
ðàæåíèÿ îñíîâíûõ øóìîâûõ õàðàêòåðèñòèê
õîðîøî ñîãëàñóþòñÿ ñ ýêñïåðèìåíòîì. Äëÿ
óçêîçàòâîðíûõ ñòðóêòóð (250 1000÷ ìêì)
îïðåäåëåíû ãðàíèöû ÷àñòîòíûõ îáëàñòåé ðå-
àëèçàöèè ðåæèìà ìèíèìàëüíîãî øóì-ôàêòî-
ðà. Îáîñíîâàíà íåîáõîäèìîñòü è âîçìîæíîñòü
ïðåäñòàâëåíèÿ èíäóêòèâíîãî ýëåìåíòà öåïè
ñîãëàñîâàíèÿ FET îòðåçêîì ëèíèè ïåðåäà÷è,
ñâîéñòâà êîòîðîé (ïîòåðè è ýôôåêò òðàíñôîð-
ìàöèè) ìîãóò ÿâëÿòüñÿ ïðè÷èíîé ýêñïåðèìåí-
òàëüíî íàáëþäàåìîãî îòêëîíåíèÿ ÷àñòîòíîé
çàâèñèìîñòè ýêâèâàëåíòíîé òåìïåðàòóðû øó-
ìîâ îò ëèíåéíîãî çàêîíà.
Ëèòåðàòóðà
1. Miteq�s introducing. Ultra-LNAs. Microwave
Journal. 1995, 38, No. 1, pp. 3.
2. J. D. Gallego and M. W. Pospieszalski. National
Radio Astronomy Observatory Electronics Division
Internal Report No. 286. Charlottesville, VA, March
1990, 26 pp.
3. Sander Weinreb, Dan L. Fenstermacher and Ronald
W. Harris. IEEE Trans. Microwave Theory Tech.
1982, MTT-30, No. 6, pp. 849-853.
4. À. Ì. Êîðîëåâ, À. Ï. Êðóòüêî, Ñ. À. Ïåñêîâàö-
êèé. Ýëåêòðîííàÿ òåõíèêà. Ñåð.1, ÑÂ×-òåõíèêà.
1993, âûï. 2 (456), ñ. 3-4.
5. À. Ì. Êîðîëåâ, À. Ï. Êðóòüêî, Ñ. À. Ïåñêîâàö-
êèé. Ýëåêòðîííàÿ òåõíèêà. Ñåð.1, ÑÂ×-òåõíèêà.
1998, âûï. 2 (472), ñ. 14-17.
6. Í. Ç. Øâàðö. Óñèëèòåëè ÑÂ× íà ïîëåâûõ òðàíçè-
ñòîðàõ. Ìîñêâà, Ðàäèî è ñâÿçü, 1987, 200 ñ.
7. T. M. Brookes. IEEE Trans. Electron Devices. 1986,
ED-33, No. 1, pp. 52-57.
8. Robert Plana, Laurent Escotte, Oliver Llopis,
Hichman Amine, Thierry Parra, Michel Gayral, and
Jacques Graffeuil. IEEE Trans. Electron Devices.
1993, ED-40, No. 5, pp. 852-858.
À. Ì. Êîðîëåâ
288 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò.7, ¹3
9. K. H. George Duh, Marian W. Pospeszalski, William
F. Kopp, Pin Ho, Amani A. Jabra, Pane � Chane Chao,
Philip M. Smith, Luke F. Lester, James M Balligal,
and Sander Weinreb. IEEE Trans. Electron Devices.
1988, ED-35, No. 3, pp. 249-256.
10. Philip M. Smith. IEEE Trans. Microwave Theory
Tech. 1996, MTT-44, No. 12, pp. 2328-2333.
11. A. F. M. Anwar and Kuo-Wei Liu. IEEE Trans.
Electron Devices. 1994, ED-41, No. 11, pp. 2087-2092.
12. Randall W. Rhea. Applied Microwave & Wireless.
1997, Nov/Dec, pp. 70-80.
13. À. Âàí äåð Çèë. Øóì. Èñòî÷íèêè, îïèñàíèå, èç-
ìåðåíèå. Ìîñêâà, Ñîâåòñêîå ðàäèî, 1973, 228 ñ.
14. Gilles Dambrine, Jean-Maxence Belqun, Francois
Danneville, and Alain Cappy. IEEE Trans. Microwave
Theory Tech. 1998, MTT-46, No. 9, pp. 1231-1235.
15. Marian W. Pospieszalski. IEEE Trans. Microwave
Theory Tech. 1989, MTT-37, No. 9, pp. 1340-1349.
16. Antonio Lazaro, Lluis Pradell, and M. O�Callaghan.
IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1999, MTT-47,
No. 3, pp. 315-323.
17. H. Fukui. IEEE Trans. Electron Devices. 1979,
ED-26, No. 7, pp. 1032-1037.
18. Kuang-Hann G. Duh, Shing-Ming J. Liu, L. F. Lester,
P. C. Chao, Philipp M. Smith, Makunda B. Das,
B. R. Lee, and James Ballingall. IEEE Electron Device
Letters. 1988, EDL-9, No. 10, pp. 521-523.
19. Brian Hughes. IEEE Trans. Microwave Theory
Tech. 1993, MTT-41, No. 2, pp. 190-198.
20. Pertti K. Ikalainen. IEEE Trans. Microwave
Theory Tech. 1993, MTT-41, No. 2, pp. 340-343.
21. Coilcraft�s introducing. Applied Microwave &
Wireless. 1997, Jan/Feb, p. 6.
22. H. Fukui. IEEE Trans. Circuit Theory. 1966, CT-13,
No. 2, pp. 137-142.
23. M. S. Gupta and Greiling. IEEE Trans. Microwave
Theory Tech. 1987, MTT-35, No. 12, pp. 1208-1217.
Peculiarities of FET Matching for Low-
Noise Operation in Decimeter Range
A. M. Korolev
Novel method for deriving the noise charac-
teristics of FET (including HEMT) amplifier is
presented. It is based on generalized FET charac-
teristics, denoted as macroparameters. They are
invariant to scaling, measurable by rf-instruments
and have only a weak dependence on dc-condi-
tions. The sole phenomenological parameter (Φ)
is introduced as characteristics of a large struc-
tural class of FETs ( 0.4Φ ≈ for MESFET,
0.6Φ ≈ for HEMT and 0.7Φ ≈ for PHEMT).
Based on the �macroparameter approach� and
taking into account the properties of input induc-
tor as a distinctive transmission line, the condi-
tions for minimum noise temperature realization
are determined for moderately-long-gate transis-
tors over the frequency range from 0.3 to 5 GHz.
|