|
| |
|
Слаботочка Книги те" та S ч ю to ВТ S « X н S £ се S S S X S <и S <в «
«3
ю о сч - со - со" ю со о ю -< сч ю со е е е-: S 1 о о -. со I I I оо ю со CD со S (а с объемным эффектом (ДОЭ) - диод Ганна и диод с ограниченным накоплением объемного заряда, а также СВЧ транзистор [10-26]. Для работы таких гетеродинов к ним достаточно подвести постоянное напряжение, не превосходящее нескольких десятков вольт. Полупроводниковые гетеродины в большинстве случаев отличаются экономичностью питания, весьма малыми габаритами и весом, большой долговечностью. По этой причине в последние годы ведутся интенсивные исследования и разработки таких устройств. Гетеродины на ТД применяют в основном на дм и более длинных волнах, где их мощность равна нескольким мвт; на см волнах мощность гетеродинов на ТД составляет доли мвт и обычно недостаточна для питания смесителей [13]. Генераторы на СВЧ транзисторах [12] обладают значительной мощностью (доли и единицы ватт) на дециметровых и метровых волнах. Имеются сведения об их применении в качестве гетеродинов в длинноволновой части см диапазона волн. Более широко СВЧ транзисторы используют в качестве задающих генераторов и усилителей мощности в первых каскадах так называемых транзисторно-варак-торных цепочек (ТВЦ) [12, 14], применяемых, в частности, как гетеродины см волн [15]. Основными элементами ТВЦ являются СВЧ умножители частоты (удвоители, утроители и т. д.) на варакторах, представляющих собой диоды с нелинейной емкостью, подобные параметрическим, но выдерживающие большую мощность и отличающиеся от них по своим параметрам и некоторым электрофизическим свойствам [10-12, 14]. Последовательная цепочка таких умножителей, включенная после мощного транзисторного генератора (усилителя) метрового или дециметрового диапазона, позволяет получить на выходе цепочки десятки или даже сотни милливатт на коротких см волнах [14, 15]. Однако по сравнению с другими полупроводниковыми гетеродинами ТВЦ отличаются относительной многоэлеиентностью, сложностью схемы и настройки. Кроме того, у ТВЦ обычно отсутствует механическая перестройка частоты, так как она сложна, а диапазон электрической перестройки Д/.ЭЛ ограничен полосой пропускания умножительной цепочки, лежащей в пределах от долей до нескольких процентов от частоты fo [14, 15]. Более простыми полупроводниковыми гетероди1гами cm и mm волн являются гетеродины на ЛПД и ДОЭ. Конструктивно ЛПД и ДОЭ выполняют аналогично современным СВЧ диодам других типов, т. е. в миниатюрных керамических патронах, подобных приведенным на рис. 1.15, либо в виде бескорпусной конструкции для микрополосковых схем. ЛПД представляет собой диод, работающий при отрицательном смещении Uq, несколько превышающем f/np-Полупроводниковая структура диода может быть различной, в частности, она может быть р-п переходом [10, 12, 16, 19]. Механизм возбуждения СВЧ" колебаний в гетеродине на ЛПД (ГЛПД) основывается на том, что в определенной области частот, зависящей от структуры и размеров перехода диода, ЛПД обладает динамическим отрицательным сопротивлением, которое, в отличие от ТД, в статическом режиме (прн отсутствии СВЧ поля) не проявляется. Динамическое отрицательное сопротивление создается в диоде благодаря сдвигу фаз, возникающему между напряженностью поля в переходе диода и током через него и равному -180°. Этот ток появляется как результат ударной ионизации атомов кристалла и лавинного умножения носителей заряда в области перехода и отстает по фазе от напряженности поля из-за инерционности лавинного процесса наконечного времени пролета носителей заряда через обедненный слой. ГЛПД представляет собой резонатор с помещенным туда диодом (рис. 4.7) [12, 16--19]. Путем механической перестройки частоты резонатора можно перестраивать fr в относительной полосе частот, лежащей в пределах от единиц до 10% и более (для различных конструкций ГЛПД). При изменении тока диода /о происходит обычно незначительная электрическая перестройка fr (крутизна от десятых долей до единиц Мгц/ма), при этом весьма существенно изменяется Рвых- Значительно более широкий диапазон электрической перестройки (Л/эл гср - единицы процентов) при небольшом измене-кии Рвых достигается, если используется варактор или феррит для электрической перестройки fr. Последние помещают в резонатор ЛПД или в связанный с ним резонатор [16, 18, 25]. Выходная мощность (Рвых) ГЛПД см волн с одним диодом составляет ~ 10-4-500 мет, а при использовании нескольких диодов в одном ГЛПД [16] величина Рвых существенно возрастает. На мм волнах Однодиодные ГЛПД имеют Рвых до 50-100 мет. Изменение температуры /окр влияет на значения fr и Рвых: ТКЧ ГЛПД см волн равен -0,I-0,5 Мгц/град, а изменение Рвых приблизительно равно - (0,010,03) б/град [16]. Напряжение и ток питания различных типов ГЛПД лежат в пределах 1/0=20100 в, /ож10-=-50 ма.  Рис. 4.7. Констдукция (а) и общий вид (б) гетеродина на ЛПД см диапазона волн: I - волиоводиый выход: 2 - окно связи резонатора с волноводом (нагрузкой); 3 - винт регулировки связи с нагрузкой; 4 - ЛПД; 5 -винт механической перестройки частоты генерации; 6 - резонатор; 7 - СВЧ дроссель; в-вывод ЛПД для подачи смещения Важной особенностью ГЛПД, в ряде случаев существенно ограничивающей возможность его применения, явчяется высокий уровень его AM- и ЧМ-шумов, обу- словленный влиянием процессов ударной ионизации в ЛПД. АМ-шумы ГЛПДна/сдв>1 Мгг характеризуются величиной /Па «= - (130-150) дб/гц (12, 16-18], которая приблизительно на 20-30 дб больше, чем у отражательных клистронов соответствующего диапазона. Поэтому для сохранения низкого коэффициента шума смесителя необходимо применять специальные меры, например включать на входе БС узкополосный перестраиваемый фильтр, пропускающий колебания частоты /г и подавляющий шумы на /с и /з. Наоборот, в диапазоне низких допплеровских частот /сдв2-т-5 кгц АМ-шумы ГЛПД меньше, чем у клистронов :[12, 17], что важно для применения в допплеровских РЛС. ЧМ-шумы ГЛПД выше, чем у клистронов, и в ряде случаев весьма существенно [12, 16, 18]. Уровень шумов ГЛПД зависит от материала полупроводника (Ge, Si или GaAs) и от тока диода h, связи резонатора с нагрузкой (т. е. нагруженной добротности резонатора) и блокировочной емкости ввода смещения [16]. При разработке ГЛПД следует учитывать возможность появления в его спектре паразитных колебаний, обусловленных паразитными резонансами в резонаторе и релаксационными колебаниями в цепи питания ЛПД. Эти вопросы, а также теория расчета и результаты экспериментальных исследований ГЛПД подробно рассмотрены в [16]. Гетеродины (генераторы) на диодах с объемным эффектом (ГДОЭ) представляют собой новейший тип полупроводникового гетеродина, разработка и практическое применение которых находятся еще в стадии развития [10-12, 22-24]. В отличие от всех других типов полупроводниковых диодов СВЧ структура диода с объемным эффектом не содержит р-п перехода и представляет собой тонкую пластинку из GaAs п-типа (обычно в форме квадрата со стороной 0,1-0,15 мм), на обе поверхности которой пайкой или металлизацией нанесены не-выпрямляющие металлические контакты. Процесс преобразования энергии постоянного тока в СВЧ колебания, в отличие от диодов с р-п переходом, происходит не в какой-либо узкой области образца, а во всем объеме полупроводника. Генерация СВЧ колебаний в ГДОЭ основывается на использовании одного из двух физических явлений, известных под названием эффекта Ганна и ограниченного накопления объемного заряда (ОНОЗ). Эти явления возникают в некоторых полупроводниках С особой энергетической структурой зоны проводимости (в том числе в GaAs п-типа) при приложении к ним напряжения, большего некоторой критической величины Ищ, [10, 12, 22-24]. В диодах Ганна при С/о>С/кр электрическое поле распределено неравномерно вдоль толщины полупроводниковой пластины, т. е. между ее контактами: в узком слое полупроводника образуется очень сильное электрическое поле, так что большая часть напряжения С/о оказывается приложенной к этому слою. В последнем создается дипольный объемный заряд, называемый электрическим доменом, который можно характеризовать некоторой эквивалентной емкостью. Домен возникает у катода, с определенной скоростью перемещается к аноду и, достигнув последнего, исчезает. Далее процесс повторяется, причем частота появления (исчезновения) доменов определяется толщиной пластины. В моменты появления и исчезновения доменов в цепи диода резко изменяется ток, что приводит к возникновению импульса тока, первая гармоника которого выделяется с помощью резонатора. Таков физический процесс возникновения колебаний в генераторе Ганна (диод Ганна, помещенный в резонатор). В гетеродинах с диодами ОНОЗ выбором напряжения С/о и определенной концентрации электронов в полупроводнике создают такой режим работы, при котором домен не успевает полностью сформироваться и колебания тока, обусловленные эффектом Ганна, не возникают. Но, как показали исследования [12, 22-24], в режиме ОНОЗ на контактах диода возникает отрицательное сопротивление, которое и служит источником СВЧ колебаний. Поэтому частота колебаний с диодами ОНОЗ, в отличие от ГДОЭ на диодах Ганна, не зависит от тол-1ЦИНЫ пластины и всецело определяется внешней схемой (резонатором). Это обстоятельство очень выгодно, т. к. позволяет создавать диоды с относительно толстыми пластинами GaAs-для работы вплоть до коротких мм волн, при этом можно использовать большие напряжения С/о, чем в диодах Ганна, и получать большие генерируемые мощности Рвых (последние пропорциональны С/о). Таким образом, ГДОЭ в режиме ОНОЗ принципиально могут обеспечить большие мощности на более высоких частотах, чем в режиме эффекта Ганна. Конструкции ГДОЭ и методы механической и электрической перестройки их частоты подобны используе- Сушеные мухоморы микродозинг на pharmex-market.ru. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [39] 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 |