Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Ганна.
Для диодов специальной конструкции и с особым профилем легирования
изменение частоты при изменении напряжения может быть весьма
значительным. Так, в работе [27] при изменении напряжения смещения
частота изменялась от 4 до 7 ГГц. Следует отметить, однако, что из-за
технологических трудностей, связанных с получением воспроизводимых
профилей легирования, этот способ не нашел пока практического применения.
В работе ![26] отмечено влияние частоты fp изменения напряжения смещения
на крутизну перестройки. При изменении /р от 100 до 100000 Гц крутизна
перестройки падала примерно на порядок. Это яв-
ление связано, по-видимому, с разогревом образца при увеличении частоты
следования импульсов.
Более эффективным способом электронной перестройки является перестройка с
помощью варактора.
Возможны два основных конструктивных способа подключения варактора:
емкостный и индуктивный. При емкостном способе связи варактор помещается
в тот же резонатор, в котором работает ганновский диод.
Например, в коаксиальном резонаторе варактор может быть включен между
центральной жилой и внешней стенкой резонатора. Степень связи варактора с
резонатором можно в этом случае изменять, подключая последовательно с
варактором дополнительную емкость. При индуктивном способе связи варактор
помещается в отдельный резонатор, связанный с резонатором, в котором
работает ганновский диод, петлей связи. В этом случае степень связи
определяется размером и положением петли.
Для получения широкой '.полосы перестройки необходима сильная связь
варактора с резонатором. При этом, однако, во-первых, варактор может быть
поврежден из-за высокой плотности СВЧ энергии в резонаторе, во-вторых,
небольшие изменения напряжения на варакторе могут приводить к сильному
изменению генерируемой мощности. При слабой связи варактора с резонатором
полоса перестройки уменьшается (рис. 8.11). Удалось получить перестройку
в полосе 700 М)Гц на частоте 10 ГГи (28]. Перестройка частоты на 1 ГГц
при частоте генерации 13 ГГц была получена в [29].
Перестройка с помощью варактора нашла широкое практическое применение, и
в настоящее время целый ряд фирм поставляет генераторы Гацна с
варактором, встроенным в корпусе генератора. Обычной для серийных
генераторов с .варактором является перестройка частоты в пределах
примерно 10% от собственной частоты генерации.
В микрополосковых схемах оказывается удобным перестраивать частоту
генераторов Ганна, используя р-i-га-диоды. Этот метод основан на
изменении частоты резонатора при переключении помещенного в него р-i-га-
диода из высокоомного в низкоомное состояние. Достоинствами этого метода
являются малая инерционность частотной перестройки, связанная с малым
временем переключения р-i-п-диода (около 10~9 с) и возможность
значительного изменения частоты. Важный недостаток этого способа -
возможность менять частоту только дискретными ступенями.
В работе [30] было показано, что достаточно сильное поперечное магнитное
поле может заметно изменить частоту генерации за счет изменения
динамической емкости образца с доменом. Для одного из использованных в
работе [30] образцов при изменении магнитного поля от 0 до 19 кГс частота
колебаний монотонно возрастала приблизительно от 950 до 1310 МГц.
185
Рис. 8.11. Зависимость изменения выходной мощности Р от степени связи еа-
рактора с резонатором.
Д/ - изменение частоты генерации при изменении напряжения на варакторе на
1 В \24]. Частота генерации при нулевом смещении на варакторе равна 9,76
ГГц.
Другой способ магнитной перестройки требует заполнения1 полости
резонатора ферримагнетиком. Вещественная jк" (обусловливающая потери) и
мнимая ц' части магнитной .проницаемости в фер.рима,гнетиках сильно
зависят от напряженности внешнего магнитного поля Н. При увеличении Н от
нуля до значений, близких к значениям магнитного поля, соответствующего
ферромагнитному резонансу, ja' падает, что обусловливает возрастание
собственной частоты резонатора. Так, в работе [31] при изменении Я от 0
до 4,5 кГс частота генерации изменялась на 600 МГц на частоте 9,3 ГГц и
на 1200 МГц на частоте 10,9 ГГц. Отметим, что п.ри магнитных полях,
близких к полю ферримагнитного резонанса, перестройка частоты была бы
особенно резкой, однако сильно возрастающие при этом потери вызывают срыв
генерации.
Третий" наиболее перспективный способ магнитной перестройки основан на
том, что в качестве резонатора используется ферримагнит-ная сфера (обычно
из железо-иттриевого .граната - сфера ЖИГ) с узкой полосой
ферримагнитного 'резонанса (около 0,5 Э). Собственная частота такого
резонатора равна частоте ферримагнитного резонанса
co=Ytf, (8.48)
где y=2,8 М/Гц/Гс--гиромагнитное отношение. Этот способ магнитной
перестройки был предложен в работе [32], где диапазон перестройки
составил 2,4 ... 3,2 ГГц при изменении напряженности магнитного поля от
0,8 до 1,4 кГс. Впоследствии он был усовершенствован в работах [33, 34].
В работе [33] был описан ферримагнитный .резонатор (сфера ЖИГ) диаметром
