Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
колебаниям протекающего через диод тока.
Из рисунка следует, что использование также и второй гармоники
Численные расчеты, проделанные в работе [16], показывают, что к. п. д.
диода в режиме ОНОЗ начинает падать, когда длина диода становится больше
чем 0,05.\.
206
переменного поля позволяет повысить к. п. д. от 22 до ЗГ%(. Как уже
отмечалось в гл. 8, для того чтобы обусловить возможность подачи на диод,
помимо первой гармоники полей более высоких гармонических составляющих
необходимо, чтобы резонатор обладал достаточным сопротивлением нагрузки
на частотах, соответствующих этим гармоникам.
При этом нужно не только добиться генерации на высших гармониках, но и
контролировать сопротивление нагрузки на каждой гармонике, поскольку
отношение сопротивлений может существенно сказаться на
величине к. п. д. [25]. Разумеется, такой резонатор конструктивно более
сложен, однако выигрыш в к. л. д. и выходной мощности столь значителен,
что усложнение конструкции резо-натора следует считать безусловно
оправданным.
Экспериментально в условиях генерации на кратных частотах в режиме ОНОЗ
на частоте 1,5 ГГц была получена импульсная мощность
3, 1кВт при к. п. д. 9,5% ([26]. В последующей работе |[27]
результаты, полученные в [26], были проанализированы путем
математического моделирования на ЭВМ. В этой работе было также
установлено, что низкочастотные субгарм-оники переменного напряжения
сильно ло"ижают к. п. д. генератора в режиме ОНОЗ.
Значительный интерес представляют
Рис. 9.8. Зависимость максимального к. п. д. генератора, работающего в
режиме ОНОЗ, от напряжения постоянного смещения при различной форме
переменного напряжения [25].
Цифры на кривых обозначают номера гармо~ ник, переменного напряжения.
вопросы конструирования и расчета СВЧ цепей, обеспечивающих необходимую
форму напряжения на диоде. В работах [18, 28] рассмотрены две конструкции
ОВЧ тракта, показанные на рис. 9.9. В цепи, показанной на рис. 9.9,а,
была экспериментально получена мощность 6 кВт на частоте 1,75 ГГц при к.
п. д., равном 14,6%, и мощность 2,1 кВт на частоте 7 (ГГц при к. п. д.
порядка 4% [28]. Цепь, показанная на рис. 9.9,6 [18], может обеспечить к.
п. д. около 90% на 'первой гармонике (f = = 1,75 ГГц). В обеих схемах
колебания напряжения на диоде носят релаксационный характер
'(качественная зависимость напряжения на диоде от времени показана на
рис. 9.9,в). В работах [18, 28] показано, что такая форма колебаний
обеспечивает более высокие значения к. .п. д., большую устойчивость
параметров генератора к неоднородностям легирования и большую 'скорость
нарастания колебаний в начале генерации,
чем обычная синусоидальная мода режима ОНОЗ. (Большая скорость нарастания
колебаний в режиме ОНОЗ является весьма важным преимуществом, поскольку
облегчает ввод генератора в стационарный режим ОНОЗ, см. подробнее п.
9.4.5 *>.)
Ряд СВЧ трактов в микрополоско-вом исполнении, пригодных для генерации в
режиме ОНОЗ, описан в работах [30, 31]. Несимметричная полосковая линия
[30] допускает раздельную настройку по первой и второй гармоникам.
*) Отметим, что критерий юТфЗ>1 в [18, 28] не выполнялся. Таким образом,
как замечают сами авторы, в образцах могли образовываться домены сильного
поля. В связи с этим интерпретация результатов работ [18, 28] в рамках
режима ОНОЗ представляется дискуссионной. Отметим, что сходные
(релаксационные) формы колебании можно реализовать и в доменных режимах
работы [29].
9.4.4. Шумы и фазовая синхронизация
'Предполагается, что шумы генераторов ОНОЗ должны быть в принципе
значительно ниже, чем шумы генераторов, работающих в пролетных режимах,
поскольку в режиме ОНОЗ шумы, связанные с флуктуациями объемного заряда,
могут быть существенно меньше. Однако к настоящему времени шумы
207
вид спереди
Вид сбоку
вид спереди
Рис. 9.9. Конструкции и эквивалентная схема СВЧ трактов [18, 28]:
а - принципиальная конструкция [281, t - диод Ганна, 2 - винт настройки,
3 - волновой фильтр с низким импедансом (около 0,1 Ом), 4 - скользящий
короткозамыкающий поршень, 5 - петля связи, 6 - волновод 30-см диапазона,
7 - ввод постоянного напряжения смещения: 6 - принципиальная конструкция
СВЧ тракта 3-см диапазона \ 18]. 1 - гребенчатый волновод, 2 -
диэлектрик, 3 - диод Ганна, 4 - волновой фильтр, 5 - ввод постоянного
напряжения смещения; в - эквивалентная схема и качественная зависимость
напряжения на диоде от времени в этих конструкциях. Пунктирной линией
обведены элементы эквивалентной схемы диода. L-эквивалентная
индуктивность, С" -емкость диода Ганна в слабом поле, О - эквивалентная
проводимость нагрузки.
генераторов ОНОЗ исследованы недостаточно как теоретически, так и
экспериментально.
В работе [32] был измерен ампли-тудно-адодулированный шум генератора ОНОЗ
на частоте 50 ГГц при генерируемой мощности - 10 дБм. При сдвиге от
несущей на 30 МГц амплитудно-мо-дулированный шум составлял 134 дБм в
полосе 1 кГц.
В работе [33] был теоретически исследован частотно-модулированный шум
