Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
В [39] на диодах диаметром около 125 мкм, L = 6 мкм и я0=2-10'5 см-3
исследовался режим невырожденного параметрического усиления в схеме
отражательного типа. Диоды работали в непрерывном режиме при напряжении
смещения, в 3 ... 4 раза превышающем пороговое напряжение UP~2 В. Частота
генерации составляла около 17 ГГц.
Пока усилитель не был настроен, наблюдалось описанное выше усиление в
режиме с бегущим доменом (§ 10.4). При настроенном усилителе возникало
значительное '(до 30 дБ) усиление в узкой полосе на частоте около 10 ГГц.
Одновременно с усиленным входным сигналом наблюдался также дополнительный
сигнал на частоте около 7 ГГц. При изменении частоты входного сигна-
ла всегда выполнялось соотношением fc-hfn=fo, где fc - частота сигнала;
- частота дополнительного сигнала; fо - частота генерации (частота
накачки). Этот факт показывает, что усилитель действительно работает в
режиме невырожденного параметрического усиления. Насыщение усилителя
происходило на уровне около 10 мВт выходной мощности. Коэффициент шума
усилителя (составлял 48 дБ.
Описанные выше усилители работают в режиме с еамонакачкой.
Параметрическое усиление можно получить также, используя источник внешней
накачки на частоте, вдвое превышающей частоту сигнала. В [44] был
экспериментально исследован усилительный режим работы диода Ганна с
напряжением смещения ниже пороговой величины. В резонатор с диодом Ганна
вводятся два ОВЧ сигнала от внешнего источника: относительно слабый
усиливаемый сигнал с частотой fс, близкой к пролетной частоте доменов, и
достаточно мощный СВЧ сигнал накачки с частотой fH~2fe-Большое усиление
(до 40 дБ), наблюдаемое в этом режиме, объясняется параметрическим
эффектом вследствие модуляции емкостного реактивного сопротивления диода
Ганна при возбуждении и подавлении бегущего домена СВЧ сигналом накачки.
10.6. Усилители ОНОЗ. [Усилители, основанные на использовании падающего
участка характеристики v(E)\
В работе [3] был предложен новый тип усилителя, который, по мнению
авторов, способен обеспечить высокий уровень выходной мощности при низком
уровне шумов. Основная идея зтий работы состоит в предотвращении
образования доменов сильного поля в суперкритиче-226
ски легированных диодах за счет мощного входного сигнала достаточно
высокой частоты (соТф>-1).
Принцип действия такого усилителя напоминает принцип работы генератора
ОНОЗ: накопленный за активную часть периода (E>Et) пространственный заряд
должен успевать рассасываться за пассивную (E<Et) часть периода. Поэтому
авторы [3] назвали усилители такого типа усилителями ОНОЗ.
В работе [3] было экспериментально показано, что достаточно сильный СВЧ
сигнал подавляет ганновские колебания и был проделан расчет простейшей
эквивалентной схемы усилителя ОНОЗ. Оказалось, что при типичных
параметрах кривой v(E), поле смещения Е0= = 10 кВ/см, амплитуде входного
сигнала е0=3 кВ/см и параметрах диода: по=5-1014 см-3, p,i = 7000 см2/В-
с, /?о=12,5 Ом усиление по мощности составляет 5,5 дБ. Для диода длиной 1
мм это соответствует выходной мощности 177 Вт при входной мощности
сигнала 50 Вт. Выходная мощность (как и в генераторах ОНОЗ) возрастает с
увеличением длины диода Ганна и ограничивается в основном возможностью
теплоотвода и неоднородностями материала. В работе [3] предполагается,
что усилители ОНОЗ должны обладать меньшим коэффициентом шума, чем,
например, усилители Тима с бегущим доменом, так как в них отсутствуют
источники шумов, связанные с образованием и распространением доменов
сильного поля и накоплением пространственного заряда.
10.7. Синхронизированные генераторы Ганна
Очевидно, что процесс фазовой синхронизации можно рассматривать как
процесс усиления сигнала синхронизирующего генератора. Мощность,
необходимая для фазовой синхронизации, обычно намного меньше мощности
генерации, что обеспечивает большой коэффициент усиления в таком режиме,
превышающий коэффициент усиления, полученный на усилителях Г анна в
других режимах работы. Это подтверждается экспериментальными результатами
по фазовой синхронизации диода Ганна, приведенными в гл. 8, где
указывалось, в частности, что в пролетном режиме был получен коэффициент
усиления 38 дБ при разности частот генератора Ганна и синхронизирующего
сигнала Af = = 1 МГц, 24 дБ - при Af=30 МГц и 18 дБ - при Af = 50 МГц
[45].
Фазовая синхронизация в режиме ОНОЗ исследовалась экспериментально в [46]
(гл. 9). Теория фазовой синхронизации генераторов ОНОЗ рассматривалась в
работах [47, 48].
Основными недостатками синхронизированных генераторов Ганна при
использовании их в качестве усилителей являются, во-первых, малый
("точечный") динамический диапазон и, во-вторых, весьма узкий диапазон
частотной перестройки.
Действительно, при слишком малом уровне входного сигнала синхронизация
вообще не происходит. В то же время при увеличении мощности входного
сигнала выше уровня, необходимого для синхронизации на данной частоте,
