Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Впервые фазовая синхронизация генерато-
189
ра Ганна при напряжении смещения ниже порогового была исследована в
работе [50]. Для синхронизации генератора .'Ганна мощностью 22 мВт от
источника синхронизирующего сигнала требовалась мощность 7 мВт. Следует
заметить, однако, что для практических схем фазированных решеток
требуется синхронизировать генераторы при напряжениях, существенно
превышающих пороговые. Впервые синхронизация генератора Ганна при
напряжении выше порогового наблюдалась в работе [51], однако какие-либо
количественные характеристики синхронизации в этой работе отсутствуют.
Качественная зависимость полосы синхронизации от мощности
синхронизирующего сигнала определяется выражением (8.44). Хотя это
выражение получено для идеализированной модели, не полностью
соответствующей генераторам Ганна, экспериментальные данные для
ганновских диодов |[48] качественно согласуются с (8.44). В работе [48]
при частотной расстройке Af=l МГц усиление синхронизации составляло 38
дБ. В работе [52] при расстройке Af = 30 МГц усиление было равно 24 дБ, а
при Af = 50 МГц-18 дБ. Отметим, что в качестве источника
синхронизирующего сигнала может быть использован также и генератор Г
анна,
В работе |[52] было предложено ис- хронизации) на фазовый угол между
пользовать фазовую синхронизацию синхронизированным генераторам Ганна
для получения непрерывной генерации 3-см диапазона и синхронизирующим
от нескольких ганновских диодов, рабо- сигналом. Разработка практических
тающих в импульсном режиме. В рабо- схем фазированных антенных
решеток
тах f53-55] подробно исследовано влия- на основе диодов Ганна ведется
фир-
ние параметров режима (температуры, мами Motorola и IBM.
напряжения смещения, мощности син-
8.3.3. Последовательное и параллельное соединение диодов Ганна
Совместная работа диодов |Ганна важна с точки зрения получения больших
мощностей СВЧ. Однако при параллельном соединении диодов их импеданс
падает, что затрудняет согласование с СВЧ цепью. (Эта трудность
аналогична трудности, возникающей при увеличении площади одного диода.)
При последовательном включении диодов необходима строгая идентичность
характеристик соединяемых образцов. В противном случае в образце, в
котором меньше параметр EjjSjp, где р-удельное сопротивление, при
достижении поля Et возникнет домен. После этого на нем сосредоточится
большая часть приложенного к диодам напряжения, и он начнет работать как
ограничитель тока. В таких условиях напряжение на остальных диодах будет
меньше порогового. "Поэтому они будут являться пассивной нагрузкой и лишь
уменьшат к. п. д. и выходную мощность единственного генерирующего диода.
В настоящее время исследуются, несмотря на отмеченные выше трудности,
несколько способов совместной работы генераторов Ганна. Во-первых, это
параллельное соединение небольшого числа диодов, так что импеданс
генератора не падает ниже допустимого предела. Параллельная работа двух и
трех диодов исследовалась в работе [56]. В работе [57] исследовалась
параллельная работа трех и четырех диодов. При этом мощность, полученная
от параллельно включенных генераторов, практически равнялась сумме
мощностей, генерируемых отдельными диодами. К. п. д. был также достаточно
высок и достигал 10% на частоте 9 ГГц. В работе [58] на четырех
параллельно включенных об-
190
разцах была получена импульсная мощность 180 Вт на частоте ! ... ... 2
Г1Гц при к. п. д. 25%. Столь высокое значение к. п. д. было получено
благодаря 'использованию специального резонатора, обеспечивавшего
заметный импеданс иа второй гармонике (п. 8.3.4).
Во-вторых, исследуется также последовательное соединение диодов со строго
идентичными параметрами [59]. Структура из двух последовательно
соединенных диодов была получена эпитаксиальным выращиванием из даровой
фазы в одном монокристалле. Активные области структуры были отделены друг
от друга областями с повышенным легированием. Частота генерации
составляла порядка 3 'ГГц. Наибольший к. 'П. д. был равен 13,5%. Величина
по/f лежала в пределах (2,2 ... 3,2) X X Ю5 с-см-3.
Очевидно, что особый практический 'интерес представляет последовательное
соединение диодов с неидентичными параметрами. К настоящему времени
известны три способа, позволяющие обеспечить такое соединение. Во-первых,
при достаточно большом напряжении на генерирующем диоде ток через
структуру начнет увеличиваться из-за пробоя в домене (рис. 8.1). При этом
напряжение на остальных диодах возрастет, и в них начнется генерация. Во-
вторых, как показывают расчеты на ЭВМ [60] и экспериментальные данные
{61, 62], диоды могут достаточно эффективно работать в резонаторе гари
последовательном соединении, если соблюдены следующие условия:
1. Амплитуда поля СВЧ в резонаторе должна превышать разность ЕР-Еа,
где Ер - пороговое поле возникновения колебаний.
2. Отношение najf должно лежать в пределах около (I ... 3) • 105сХ
Хсм~3 [60]. Такие значения параметра n0/f близки и частично перекрываются
