Последние годы характеризуются широким применением полупроводниковых приборов в различных областях радиотехники и электроники. В диапазоне СВЧ основными активными элементами твердотельных устройств, предназначенных для генерации, усиления и преобразования колебаний, служат полевые и биполярные транзисторы и диоды СВЧ (ЛПД, ИПД, диоды Ганна и т. п.). Стремление к миниатюризации аппаратуры, повышению ее надежности привело к созданию сначала гибридных, а в последнее время гибридных монолитных интегральных генераторов СВЧ. С развитием интегральной техники возрастает значение стадии проектирования генераторов, так как экспериментальная подстройка схемы затруднена, а подчас и вообще невозможна.
Уникальность проблемы заключалась в том, что проектирование генераторов СВЧ связано с рядом особенностей, отличающих их расчет от других твердотельных устройств СВЧ.
1. Полупроводниковые приборы в генераторах СВЧ работают в режимах, когда их параметры являются существенно нелинейными функциями напряжений. Поэтому для проектирования таких устройств необходимо использовать строгие нелинейные модели приборов.
2. Параметры монтажа полупроводникового прибора в схему, как правило, играют паразитную роль. В схемах генераторов оптимальный выбор этих параметров позволяет осуществить полезную трансформацию малых величин активного сопротивления прибора в требуемые значения.
3. Проектирование гибридно - монолитных генераторов ужесточает требование к точности расчета планарных сосредоточенных элементов и элементов с распределенными параметрами, выполненных на диэлектрической или полупроводниковой подложке с учетом потерь и дисперсии.
4. Рассчетно - экспериментальные методы проектирования генераторов должны опираться на широкий класс измерительной аппаратуры, в том числе, на легкодоступные панорамные измерители модулей коэффициентов отражения и передачи, измерители вольтамперных характеристик и т.п.
5. Методы проектирования генераторов СВЧ должны разумно сочетать этапы расчета устройств в частотной и временной областях. Поскольку в генераторах возникают существенно негармонические колебания токов и напряжений, то их расчет следует проводить во временной области с учетом переходных процессов. В то же время малосигнальный (частотный) анализ может использоваться для восстановления параметров эквивалентной схемы полупроводникового прибора, а также для определения потенциальной частоты генерации.
6. Поскольку параметры полупроводниковых приборов изменяются от экземпляра к экземпляру, то при проектировании генераторов на их основе необходимо проводить анализ разброса выходных характеристик генераторов, а также решать задачу снижения этого разброса.
Систематические работы по проектированию твердотельных генераторов СВЧ развернулись на «Истоке» в начале 70 - х годов. Огромную роль в проработке направлений исследования и проектирования сыграл начальник лаборатории А.М. Алексеенко, поскольку его дружеские отношения с начальником теоретической твердотельной лаборатории А.С. Тагером позволили в короткие сроки определить круг задач и выделить сотрудников теоретической лаборатории для их решения. Мозговой центр у теоретиков составили С.И. Варгузов, Е.И. Голант, Н.А. Гусельников, С.М. Овечкин, С.Б. Пореш, Н.И. Юсупова, А.К. Балыко, в лаборатории 1705 - И.С. Петров, В.Ю. Мякиньков, И.В. Горюнов, В.М. Долич, Е.Т. Максимов, В.И. Рогов и другие. Теснейшее сотрудничество этих двух групп специалистов позволил решить ряд важных для практического применения теоретических задач.
Выполнен комплекс исследований по созданию математических моделей биполярных транзисторов, позволяющих проводить расчеты и оптимизацию генераторов СВЧ. Для расчета во временной области была модифицирована обобщенная модель Логана. Предложена методика расчета параметров модели, использующая широкодоступные вольтамперные и вольтфарадные характеристики транзистора, приведенные в технических условиях.
Для расчета генераторов на биполярных транзисторах во временной области был использован оригинальный подход, основанный на методе интеграла Дюамеля.
Предложен общий подход к расчету диапазонных и мощностных характеристик генераторов с варакторной перестройкой частоты и разработана методика проектирования таких генераторов, включающая в себя определение оптимальной величины комплексного сопротивления нагрузки и последующего синтеза согласующей цепи.
Предложен обобщенный критерий линейности модуляционных характеристик СВЧ - генераторов и показано, что принятые в литературе определения линейности эквивалентны и являются частными случаями предложенного критерия. Показано, что создание генераторов со строго линейной перестройкой частоты при помощи варакторов с традиционными вольтфарадными характеристиками (ВФХ) принципиально невозможно, однако применение варакторов с оптимальными значениями параметров ВФХ позволяет проектировать генераторы с модуляционными характеристиками, близкими к линейным.