Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Эта таблица составлена по данным зарубежных фирм [18]. Некоторые
результаты исследования отечественных генераторов Ганна приведены,
например, в работах {19, 20].
Ряд фирм (в частности, Texas Instruments, Hitashi, Mitsubishi, Varian,
Plessey, RTC, RCA) освоил серийный выпуск генераторов Ганна. На рис. 8.10
показаны качественные зависимости мощности от частоты для изготовляемых
промышленностью образцов [21]. Гарантируемый срок службы серийных
генераторов составляет 5000 ... 10 000 ч. Коэффициент полезного действия
лежит в пределах 2 . . . 6%. В последних промышленных разработках к. п.
д. достигает 8 .. 12%.
Генерируемую диодом мощность можно повысить, увеличивая площадь диода.
При этом, однако, импеданс диода уменьшается. Если импеданс диода
становится слишком малым, согласование его с СВЧ схемой становится
затруднительным. Поэтому важным параметром,
Р, мВт
°г
рз PM о,
а
Рис. 8.10. Качественные зависимости выходной мощности промышленных
генераторов
Ганна от частоты [21]:
а --* непрерывный режим; б - импульсный режим при скважности около 1000.
Для сравнения кружками показаны данные, полученные в лабораториях фирм.
1) RCA, 2) Fairchild, 3) Varian.
характеризующим работу СВЧ генератора, является произведение генерируемой
мощности на импеданс R 1[6]. Используя очевидное равенство Pni=v)I0E0LS
(S - площадь диода), можно получить следующее выражение для произведения:
Р R-
R г. vdv°
: 7] -.С"
Ro f^i '
где Pd - скорость домена; Vo=Iolqno; /о-постоянная составляющая тока; Ra-
сопротивление диода в слабом поле.
Таблица 8.1
Параметры генераторов Ганна
Частота, ГГц Выходная мощность, Вт К. п. д., % Коэффициент заполнения
Режим работы
1,75 6000 15 6-Ю-б оноз
2,0 5,0 200 300 29 4 Ю-з 10-2 Пролетный ОНОЗ
5.0 7.0 0,6 2000 3 5 Непрерывная генерация 6-10-е Пролетный оноз
8,15 60 22 Ю-t Г ибридный
8,3 3,4 28,2 ю-t Пролетный
10,5 1,4 10,8 Непрерывная генерация
13 0,275 11,9 То же
16,0 150 6 6-10-6 оноз
18,0 ' ' 1,5 23 10-5 и
20,0 0,5 3 Непрерывная генерация Пролетный
28,0 0,125 2,3 То же "
50,0 0,400 9 10-5 ОНОЗ
88,0 0,020 2 Непрерывная генерация -
Принимая т) = 25%, R/Ro=40, E0=U/L = 20 кВ/см, vd-|j,i = 8000 см2/В-с,
получаем
P"R\Вт ¦ Ом) = 2,5 ¦ 104/2 (ГГц).
:О0~Ю7 СМ/С,
181
Таким образом, как и у других твердотельных генераторов [22], б диодах
Ганна -произведение P"R падает обратно пропорционально квадрату частоты.
Более подробно вопрос о произведении мощности на импеданс для диодов
Ганна исследован, например, в работах [6, 23].
8.3.2. Частотная перестройка, шумы и фазовая синхронизация
Такие характеристики генератора, как диапазон и крутизна частотной
перестройки, уровень шумов, параметры фазовой синхронизации и т. д., в
значительной мере взаимосвязаны и зависят от величины нагруженной
добротности резонатора. Это обстоятельство не является специфической
особенностью ганновского генератора, а присуще генераторам любого типа.
Рассмотрим генератор, нагруженный на комплексное сопротивление Rn+jX-s и
генерирующий ток е0 на частоте соо. При этом, очевидно, выполняется
условие Х=Хн+^г = 0, где Хт - реактивное сопротивление генератора, X -
полная реактивность контура. Пусть теперь к генератору приложено малое
переменное напряжение бU. Как будет показано, под воздействием этого
напряжения частота генерации изменится. Будем считать, что частота бU
равна этой новой изменившейся частоте генерации со 1 = (c)о+'б(0о.
Воздействие сигнала бU на генератор будет определяться не только его
величиной, но и фазой <р относительного генерируемого тока.
Рассмотрим для простоты случай, когда активное сопротивление генератора
R_ не зависит от частоты, а его реактивное сопротивление Хг - от
генерируемого тока. В этом случае активная составляющая приложенного
напряжения 8U cos ф вызывает лишь изменение генерируемого тока:
г" Ы0 = Ш cos ?, (8.40)
а реактивный компонент сигнала б?/ приводит к изменению частоты
г0 ^ Вов = bU sin <р. (8.43)
Из (8.41) находим 3<о = W sin <р/[г0 (дХfdw)\.
Величину дХ/дьз удобно выразить через нагруженную добротность контура Q-
<i)L/RH=l/((i)CRH), где L - индуктивность, С - емкость контура. (Для
простоты будем предполагать, что L и С не зависят от (c). Однако полученные
выражения справедливы и в более общем случае [6]):
<8 42>
При этих преобразованиях учтено, что, как уже указывалось выше, в режиме
генерации Х=0. Подставляя (8.42) в (8.41), получаем
9о> 1 SU sin tp -о ло\
1T = '2Q' ~ТЖ ' ^ '
При ф = я/2, что соответствует максимальной частотной перестройке, из
(8.43) получим
8и> v _ 1 Рвх (О Лл\
Из выражения (8,44) видно, что чем больше нагруженная добротность
резонатора, тем относительно большая мощность нужна для сдвига частоты
генерации и, следовательно, тем труднее осуществить частотную перестройку
или фазовую синхронизацию генератора.
С другой стороны, из (8.44) видно, чем чем выше нагруженная добротность
резонатора Q, тем меньше будет изменение частоты под воздействием
паразитного (например, шумового) сигнала.
