Дослідження температурної нестабільності в активних НВЧ фільтрах та методи її зменшення

Abstract

Досліджено методи зменшення температурної нестабільності в активних НВЧ фільтрах. Проаналізовано вплив температури на параметри активного НВЧ фільтра. Представлено також результати експериментальних досліджень температурних характеристик НВЧ фільтрів. В проектуванні цифрових систем, особливо сучасних, які працюють з тактовою частотою або використовують радіоканал в мікрохвильовому та УВЧ діапазоні, зазвичай існує проблема підвищення надійності або зменшення загальних розмірів зі збереженням високих електричних параметрів. Вимоги до мініатюризації мікрохвильового обладнання поставили завдання створення схем фільтрів, які придатні для інтегрального виробництва. На відміну від низькочастотних активних фільтрів, під час побудови мікрохвильових фільтрів необхідно враховувати реактивні властивості транзисторів. Тому в дослідженнях різних ланцюгів смугових активних мікрохвильових фільтрів використовують прохідні явища в транзисторі. Показана можливість їх температурної та динамічної стабілізації шляхом зміни струму емітера біполярного транзистора. Запропоновано різні схемотехнічні рішення реалізації цього методу. Як показали експериментальні дослідження з підвищенням температури, спостерігається зменшення коефіцієнта переносу фільтра на квазірезонансній частоті. Експериментальні дослідження показали, що для стабілізації коефіцієнта передачі росту температури, необхідно підвищення струму емітера, що може бути досягнуто загальним підвищенням напруги живлення. Таким чином, для термостабілізації АЧХ НВЧ-фільтра необхідно одночасно зі зміною температури регулювати струм транзисторного випромінювача. Величина регулювання струму випромінювача за зміни температури від –60 °С до +100 °С становить 3—4 порядки для кремнієвих транзисторів малої потужності.

The article presents a study of methods for reducing temperature instability in active microwave filters. The analysis of the effect of temperature on the parameters of an active microwave filter is carried out. The results of experimental studies of the temperature characteristics of microwave filters are also presented. When designing digital systems, especially mod-ern ones that operate with a clock frequency or that use a radio channel in the microwave and microwave range, there is usually a problem of increasing the reliability or reducing the overall size while maintaining high electrical parameters. Re-quirements for miniaturization of microwave equipment, the task is to create filter circuits that are suitable for integrated production. Unlike low-frequency active filters, when constructing microwave filters, it is necessary to take into account the inertial properties of transistors. Therefore, studies of various stripe active microwave filter circuits exploit reactive phenom-ena in the transistor. The possibility of their temperature and dynamic stabilization by changing the emitter current of a bipo-lar transistor is shown. Various circuit solutions for the implementation of this method are proposed. As experimental studies have shown, with increasing temperature, there is a decrease in the filter transfer coefficient at the quasi-resonant frequen-cy. Experimental studies have shown that in order to stabilize the transfer coefficient of temperature rise, an increase in the emitter current is necessary, which can be achieved by a general increase in the supply voltage. Thus, for thermal stabiliza-tion of the frequency response of the microwave filter, it is necessary to regulate the current of the transistor emitter simultaneously with the temperature change. The magnitude of the emitter current adjustment when the temperature changes from –60 °C to +100 °C is 3—4 orders of magnitude for low-power silicon transistors.