Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
При работе на первой гармонике полоса усиления составляла 23 ... 31 ГГц.
При этом коэффициент усиления по мощности составлял величину порядка 1,6
дБ в полосе частот 23 ... 29 ГГц. Максимальное усиление, равное
приблизительно 20 дБ, наблюдалось на частоте 30 ГГц. Усиление было
практически линейным вплоть до уровня выходной мощности -4 дБм; насыщение
возникало на уровне
0 дБм. При работе на второй гармонике усиление наблюдалось в полосе
48 ... ... 52 ГГц с максимальным коэффициентом усиления около 10 дБ.
Выходная мощность насыщалась на уровне, соответствующем примерно 1 мВт (0
дБм).
Злияние температуры на работу усилителей этого типа исследовалось в
работе [7]. Показано, что коэффициент шума почти не зависит от
температуры ¦и равен 20 ... 35 дБ. Ширина полосы частот, в которой
наблюдается отрицательная проводимость, сильно зависит от температуры и
напряжения смещения. Усиление наблюдалось в диапазоне 8• 10i0 см-2^5-1011
см-2.
В работе [8] изучалась зависимость мощности насыщения от параметра rioL н
напряжения смещения. Величина щ изменялась охлаждением образца.
Наибольшая выходная мощность составила 100 мВт на частоте 1,27 ГГц при
коэф-
фициенте полезного действия т) = 4%.
Значительное увеличение выходной мощности может 'быть достигнуто с
помощью последовательного включения нескольких диодов. iB работе [9]
исследовалось последовательное соединение трех образцов с L='40 мкм и Яо
= = 6-1014 см-3. При напряжении смещения, несколько превышающем
пороговое, в полосе частот от 3,5 до 8 ГГц наблюдалось усиление порядка 2
дБ (в отражательном режиме). Отмечается, что за счет небольшого разброса
параметров образцов в рабочей полосе частот наблюдается три пика
усиления. Это обстоятельство позволяет надеяться, что при
последовательном соединении нескольких диодов о различными длинами можно
будет получить большой коэффициент усиления в широкой полосе частот.
В табл. 10.1 приведены технические характеристики стабильных усилителей
отражательного типа, изготовленных различными фирмами [10].
Стабильные усилители типа бегущей волны исследовались в работах [11-14],
В работе (12] использовался двухкамерный резонатор, перестраиваемый в
диапазоне от 0,5 до 2 ГГц и от 7 до 11 ГГц. Исследовались диоды L=100 мкм
и яо=9,2-1013 см-3. Произведение ~9,2-10и ем-2 близко к величине (n0L)i и
поэтому диоды работали в режиме стабильного усиления при 3600 В/см<
<?'о<4500 В/ем, При Яо>4500 В/см на-
217
DblA
0,8
0,3
5
1,0 Е/Ер
Рис. 10.4. Динамическая характеристика стабильного усилителя типа бегущей
волны [12] (а) и зависимость коэффициента усиления того же усилителя от
напряжения смещения (б).
блюдалась когерентная генерация на частоте около 1 ГГц.
На рис. 10.4,а показана зависимость выходной мощности от входной,
полученная вблизи первой гармоники пролетной частоты в режиме стабильного
усиления. На линейном участке усиление достигает величины порядка 25 дБ;
насыщение выходной мощности наблюдается на уровне около 1 Вт. Наибольшая
выходная мощность составляла 2 Вт (на частоте /='1Л |ГГц) [1'2]. На рис.
10.4,6 показана зависимость коэффициента усиления от напряжения смещения.
Пороговое поле возникновения генерации
?j)=4S0Q -В/см. (В работе [12] было получено также усиление 1-5 дБ на
восьмой гармонике (f=8,7 ГГц) и зарегистрировано усиление на девятой
гармонике (f=!9,6 ГГц).
Стабильные усилители с "odo<
<("о^о)кр исследованы к настоящему времени менее подробно [13, 14]. В
работе [13] экспериментально -изучались
усилители типа бегущей волны, изготовленные из эпитаксиального
материала
с концентрацией электронов яо=
= 1014 ем~3. -Поперечный размер образцов do=6 мкм. В -этой же работе раз-
вита малосигнальная теория усилителей такого типа и определены параметры
их эквивалентной схемы.
В работе fli4] в схеме типа -бегущей волны исследовались образцы с п0 =
='1015 см-3 и do=l мкм. Длина образцов составляла 100 мкм, расстояние
между высокочастотным входом и выходом равнялось 60 мкм. Было
зарегистрировано усиление в диапазонах частот порядка 5; 7,5; 9 и 11, 5
ГГц. Максимальный коэффициент усиления составлял приблизительно 13 дБ при
11,5 ГГц. Развязка между входом и выходом - 20 ... 30 дБ. Коэффициент
шума Km равнялся около 30 дБ.
На частотах порядка 9 ГГц, изменяя напряжение -смещения на несколько
вольт, уда-валось сдвигать фазу выходного сигнала на угол ~90° при
практически неизменном коэффициенте усиления (-5±0,5 дБ). Максимальная
выходная мощность составляла -приблизительно 0,2 мВт на частоте 9- ГГц и
изменялась приблизительно обратно пропорционально частоте. Усилитель
работал в непрерывном режиме, потребляя мощность от источника постоянного
-напряжения смещения около 360 мВт.
Как было показано в гл. 6, на параметры диодов Гаина весьма существенное
влияние оказывает тип контактов (особенно катодного контакта). Влияние
типа катодного контакта на параметры усилителя на диоде Ганна было
теоретически исследовано в работе [15]. В этой работе распределение
