Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
1,8 мм, который помещался в коаксиальную полость. Резонансная частота
этой полосы не лежала в используемом частотном диапазоне. Такая
конструкция обеспечивала более удобный отвод ОВЧ мощности. Генератор
перестраивался от 5,8 до 10,8 ГГц, но при этом на 30 дБ падала выходная
мощность. В [34] диод Ганна и сфера ЖИГ монтировались в микрополосковую
линию. Во всем диапазоне перестройки (5,8 ... 13 ГГц), достигавшемся при
изменении Н от 1,8 до 4,5 кТс, изменение выходной мощности не превышало
±5 дБ.
Достоинствами этого метода магнитной перестройки является высокая
линейность перестройки и.существенное снижение шумов благодаря весьма
высокой добротности ЖИГ резонатора.
Фирмы Varian Associates и Phisical Electronics Laboratories выпустили в
продажу генераторы 'Ганна, перестраиваемые с помощью сферы; ЖИГ в
пределах всего 3-см диапазона (8 . . . 12,4 'ГГц).
Р, мВт
^мВт
5
Рис. 8.12. Зависимость мощности от частоты для промышленных генераторов
Ганна, перестраиваемых с помощью /КИ Г-сфер \2Ц : а - генераторы, 2-см
диапазона; 6 - генераторы 3-см диапазона.
На рис. 8.12 приведены типичные зависимости выходной мощности •от частоты
для промышленных генераторов Ганна, перестраиваемых с помощью сферы ЖИГ
[21]. Из рисунка видно, что выходная мощность сравнительно слабо меняется
во всем диапазоне перестройки.
Шумы и спектральная ширина линии. Для СВЧ генераторов сантиметрового
диапазона наибольший практический интерес представляют шумовые
характеристики при удалении от несущей частоты Af на величину ... 100
кГц. В этом диапазоне во всех исследозанных случаях амплитудно-
модулированные шумы генераторов Ганна 'были значительно меньше частотно-
модулированных шумов.
Пояснить это обстоятельство можно на основе использованной выше модели
[см. (8.40), (8.41)]- Возводя в квадрат обе части уравнения (S.40) и
считая шум белым с эффективной температурой Г, получаем
s2tf2H(8i)2=2kWBB. (8.49)
it dRg Rn dio
В - ширина полосы, в которой измеряется ампли
тудно-модулированный шум. В [8.49] учтено, что cos2q)=l/2. Учитывая, что
мощность амплитудно-модулированных шумов Раш= (6t)2i?H, из (8.49)
получаем
Pam=2kTB/s2. (8.50)
Из (8.50) и (8.46)
Ра.т/Рч m=4Q2 (Af) 2l(f2Sz). (8.51)
Величину s можно оценить, например, для режима гашения, исходя из
результатов лростой аналитической теории этого режима (8.3) и
(8.6).
Соответствующая оценка показывает, что s"s 3. Отсюда видно, что при не
слишком большом удалении от несущей (Д///<§С 1,5/Q) амплитудно-
модулированные шумы должны быть много меньше частотно-модулированных.
Принимая Q ^ 100, f"sil010 Гц, Af~105 1Гц, s - 3, из (8.50) находим, что
Раш/Рчш=4- 10~7"s-64 дБ. Примерно такое отношение Раш1Рчш и наблюдается
экспериментально [6]. При достаточно большом удалении от несущей
Af(A//f~l/Q) амплитудные и частотные шумы могут сравняться.
Экспериментальные данные подтверждают, что частотно-модулиро-ванный шум
убывает при увеличении нагруженной добротности резонатора [см. (8.46),
(8.47)]. Так, например, в [24] показано, что при работе одного и того же
диода в коаксиальном полуволновом резонаторе величина AfCK = 70 Гц, в
волноводном полуволновом резонаторе с большей добротностью Afск=6,3 Гц, в
волноводном резонаторе длиной, равной двум длинам волн, AfCK=l,6 Гц. (Все
измерения были проделаны при удалении от несущей на 10 кГц в полосе
частот 70 Гц.)
В работе (35] было показано, что частотно-модулированный шум диодов Ганна
сильно уменьшается ври их работе в длинном волноводном резонаторе.
Шумовые характеристики такого генератора были близки к характеристикам
малошумящих клистронов. При работе диода Ганна в небольшом коаксиальном
резонаторе частотно-модулированные шумы 'были значительно выше. Шум может
быть также значительно -снижен, если подключить последовательно со
стандартным резонатором, в котором работает диод Ганна, дополнительный
резонатор с высокой добротностью )[21]. Следует, однако, иметь в виду,
что, как уже отмечалось выше, в высокодобротном резонаторе труднее
осуществить частот-
187
ную перестройку. Кроме того, высоких значений нагруженной добротности
можно добиться, либо уменьшая связь диода с нагрузкой, либо используя
резонатор больших размеров. Однако в первом случае падает выходная
мощность, а во втором возможно возникновение многомодового режима работы,
либо нежелательные перескоки между различными модами колебаний.
Результаты исследований шумовых характеристик генераторов Ганна
содержатся, например, в работах [21, 36-39]. Они показывают, что
частотно-модули-рованный шум генераторов Ганна может быть значительно
ниже шума генераторов на лавинно-пролетных диодах и шума стандартных
отражательных клистронов. Частотный шум наиболее удачно сконструированных
генераторов Ганна того же порядка, что и шум специ-
альных малошумящих клистронов 3-см диапазона. Так, например, в работе
[37] было показано, что частотный шум ганновских генераторов составлял -
110 дБ при удалении от несущей основной частоты на 100 кГц, -130 дБ при
