Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
выходная мощность генератора остается практически постоянной. Помимо
этого, при увеличении расстройки между частотами синхронизируемого и
синхронизирующего генераторов коэффициент усиления резко падает.
15* 227
Отмеченные недостатки могут быть устранены при особом режиме
синхронизации, впервые исследованном в работе )[49]. Основную идею этой
работы можно пояснить следующим образом. Как было показано в гл. 8, к. п.
д. и выходная мощность генератора Ганна при заданном напряжении смещения
сильно зависят от амплитуды переменного СВЧ поля е0 в резонаторе.
Величина е0 в свою очередь определяется для данного диода сопротивлением
нагрузки Rn. При достаточно малом Rn (перегруженный генератор) амплитуда
е0 может быть очень малой. При этом (подробнее см, гл. 8) диод работает в
чисто пролетном режиме колебаний и генерируемая мощность очень мала. На
выходе генератора в отсутствие входного сигнала будут наблюдаться только
слабые осцилляции.
Достаточно мощный входной сигнал, увеличив амплитуду СВЧ поля, переводит
диод из чисто пролетного режима в режим запаздывания и при еще большем
возрастании амплитуды - в режим гашения. Генерируемая мощность при этом в
достаточно широком диапазоне прослеживает амплитуду входного сигнала, что
обеспечивает приемлемый динамический диапазон усилителя. В таких
условиях, как было показано в гл. 8, генерация в ганновских режимах может
поддерживаться в достаточно широком диапазоне частот. Диапазон частот
усилителя в таком режиме также может быть достаточно велик. Основным
недостатком рассмотренного режима является невозможность усиления очень
слабых сигналов.
Экспериментально в работе {49] в схеме отражательного типа были
исследованы усилители 3-см диапазона. Диоды работали как в импульсном,
так и в непрерывном режиме. Концентрация носителей равнялась примерно 4Х
Х1015 см-3. Длина диодов составляла 10 мкм прн площади поперечного
сечения 0,032 см-2 для диодов, работавших
Чыг1
Я"ы*-мВт
Когерентное усиление Слабые ко/коания
в импульсном режиме, и 0,013 см-2 для диодов, работавших в непрерывном
режиме. Нагрузка подбиралась такой, что в отсутствие внешнего сигнала
происходили только слабые осцилляции. В этих условиях наблюдалось
усиление слабого входного сигнала с частотой, отстоящей не более чем на
:75 МГц от частоты ган-новской генерации.
Динамическая характеристика усилителя, работавшего в непрерывном режиме,
приведена на рис. '10.11,6. Из нее следует, что при изменении мощности
входного сигнала от '1 до 23 м(Вт усиление падает от 10,5 до 1,6 дБ.
Характеристики усилителей, работавших в импульсном режиме, аналогичны
характе-
0 10 20 30 1*0Р^Л!мВт ристикам усилителей, работавших в не-
^ прерывном режиме, с той лишь разни-
м&т цей, что они развивают гораздо большую мощность. Типичные диоды
обеспечивали выходную мощность 1,2 Вт при входной мощности 0,2 <Вт при
длительности импульсов, равной 2 мкс. В работе [49] отмечается также, что
такой режим усиления можно осуществить и на диодах
Рис. 10.11. Зависимость выходной мощности от .частоты для
синхронизированного усилителя при различных уровнях входного сигнала {50]
(а) и динамиче-
11 q f гщ ская характеристика синхронивироеак-' ' ного усилителя,
работающего в непре-
рывном режиме \49] (б).
228
1 1________________!_________!
0,1 1 10 100 Ча с тета от несущей, кГц а
Рис. 10.12. Частотные (а) и амплитудные (б) шумы синхронизированного
усилителя [50]:
! - шум усилителя, 2 - шум входного сигнала.
большей длины, работающих в режи- Из рис. 10.fl,а следует, что при доме
ОНОЗ. статочно высоком уровне входного еиг-
Более подробно усиление в гаком нала усиление наблюдается в весьма
режиме 'исследовалось в работе (50]. Как широком диапазоне частот
(около
и в работе (49], использовалась схема 1,5 ГГц). Коэффициент усиления
падает
отражательного типа. Концентрация но- от 11,6 до 3,9 дБ с увеличением
входной
сителей в диодах составляла 2-Г015см~э, мощности от 0,9 до 5 мВт, однако
поло-
длина диодов - примерно ill мкм, диа- са частот, в которой наблюдается
уси-
метр диодов находился в пределах от ление, возрастает при этом от
1110 до
50 до 76 мкм. Напряжение смещения 1700 МГц. Приведенные данные соот-
составляло '8 В и в 2,1 раза превосходи- ветствуют частоте усиления
'10,35 ГГц,
ло пороговое. В отсутствие входного Ut = 3,6 В, U0i=--3,46 В, /о=98
мА. На-
сигнала на выходе схемы наблюдались стройка схемы при снятии
динамической
слабые (порядка нескольких микроватт) характеристики не изменялась,
осцилляции на частоте около 10,5 ГГц В (50] шумы усилителя были
изкере-
в полосе 30 . .. 40 МГц. ны в условиях, когда источником входно-
На рис. 10.1*1 ,а 'показана зависи- го сигнала служил малошумящий
генера-
мость выходной мощности усилителя от тор на диоде Ганна, работающий в
речастоты при различных уровнях входной зонаторе с высокой добротностью
мощности. Сплошные линии на рисунке Показанные на рис. 10.12
результаты со-
соответствуют частотам, на которых ответствуют уровню выходной
