Файл: Балябин А.Н. Твердотельные приборы СВЧ учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.07.2024
Просмотров: 100
Скачиваний: 0
чителько меньше, что обусловливает увеличение,- к.п.д, этих диодов примерно в 1,3 раза по сравнение с одкопролеткыми ЛПД.
. Более строгий анализ [Q] показывает, что выходная
модность и к.п .д. ДЛ-диодов |
только в 2,7 и 1,25.раза |
||||
соответственно превышает выходную мощность и к.п.д. |
|||||
ооычных диодов. |
, |
• |
|
|
|
Таким обрЕзом, введение |
двойного |
поолеткого пс-ост- |
|||
|
|
і |
|
|
|
ранетза позволяет резко улучшить характеристики ЛПД, |
|||||
особенно |
в области миллиметровых волн: |
( на f |
=50 ГГц |
||
получена |
в нгпоеоывном режиме выходная мощность 1 Вт |
||||
|
- |
! |
|
|
|
при к.п.д.свыше'14-5 ) .• |
| |
• ■ |
■ |
||
■ „ |
|
|
I |
||
Діі- |
дкоды успешно работает.в сантиметровом диапазоне |
||||
('4 и б |
ГГц^ как генераторы JRAPATT |
-колебаний'в ке- |
|||
псепыБНОм режиме. В этом |
случае одна частьдиода ( напшя- |
||||
|
|
|
I |
|
|
мер, праваяJ оптимизируется для ІМРАТТ- колебаний.ко
торые являются одной из гармоник, |
а другая-для основ |
ной частоты ГЯДРДТТ-колебаний. |
’* |
4. КО: ЕРЕНТНЭЕ . ЫО ЭНЗЕ ГОДНОСТИ'НЕСКОЛЬКИХ |
|
Г2Н2РАТОРОВ НА |
ЛПД |
Увеличение выходной мощности генераторов-одна из важнейших практических задач твердотельной 'электроники. Решение этой задачи может быть получено двумя путями: улучшением характеристик ЛПД с целью повышения выход
ной мощности и сложением мощности нескольких отдельных
I
диодоз з общей нагру-зке. достигнутые в настоящее время величины выходной мощности одиночных ЛПД близки к теоре
тическому пределу, поэтому' актуальным становится второе
I
направление. Рассмотрим некоторые основные способы-коге рентного сложения мощностей.
Увеличение вылодаой мощности генератора на Л1Д путем включения нескольких диодов в общий СВЧ-
резонатор |
' |
. |
В этом случае мощность, отдаваемая |
всеми ЛПД, сум |
|
мируется внутри резонатора и выводится в общий СВЧ-тракт. На рис.53 изображен эскиз много,диодного генератора,содер жащий шесть ЛПД. Однако попытки осуществить такую систему
Рис.53 |
Эскиз многодиод |
||
ного |
генератора: |
||
1 |
- |
ЛПД; |
• |
2 |
- |
резонатор с коле |
|
3 |
- |
баниями £0і0 ; |
|
окно |
связи; |
||
4 - |
винт |
регулировки |
|
связи.
сложения выходной мощности ЛПД связаны с серьезными за труднениями. Известно, что помимо полезного типа колеба ний, дшз которого высокочастотные токи Есех диодов нахо дятся в фазе, возможны паразитные типы колебаний,соответ ствующие другим структурам поля в резонаторе. В случае, когда /V" диодов симметрично связаны с резонатором, сущест вует по крайней мере (//- і) пара зитных типов колебаний практически с одинаковой вероятностью возбуждения.' ЛПД имеют отрицательное сопротивление в-широком, диапазоне частот, который часто может превышать октаву, поэтому трудно добиться, чтобы все частоты паразитных типов коле-
79 -
бвний оказались вне частотного диапазона ЛПД. Помимо этого, малые-изменения режимов по постоянному току или условий согласования с нагрузкой и даже простое измене ние окружающей температуры могут приводить к "перескоку"
на другой тип колебаний, вызывая тем самым недопустимые нестабильности как частоты, так и выходной мощности.
Обойти эти трудности можно, обеспечив каждый диод соот
ветствующей. цепью, однако в этом случае,кроме общего
резонатора, необходимо дополнительно такое количество резонаторов, сколько диодов в системе.
Один и тот же резонатор может быть использован как.
.для стабилизации, так и для |
сложения мощности [lO j . |
На рис.54 изображена схема, |
в которой успешно было осу- |
t |
|
ществлеко сложение мощности 12 ЛПД, что позволило полу чить выходную мощность 10,5 Вт в непрерывнсм режиме на
3 5
\ \Вьа СВЯ
7^77^7т ^77777^7т 777?>
АЩ
Рис.,54 |
Схема .сложения мощности 12 ЛПД. |
|
1-ЛПД1; '2 -согласующий трансформатор; . |
|
3-резонатор.H,oè ; 4-согласованный |
|
поглотитель; 5 -элемент свя-зи. . |
частоте 3,1 ГГц. Система проста в настройке. Выходной " сигнал имеет чистый спектр. При правильном подборе поло-
I
- PO
жения диода и согласующего трансформатора практически вся мощность передается в резонатор и лишь очень малая часть ее рассеивается в поглощающей нагрузке.
Сложение выходных мощностей нескольких взаимо-
■ синхронизированных генераторов на ЛПД в общей
нагрузке
і
Поскольку для взаимной' синхронизации генераторов
достаточна очень небольшая часть генерируемой ими мощ ности, то оказывается возможным практически полное сло жение мощности отдельных генераторов е нагрузке,Схема для параллельной работы генераторов на,общую нагрузку должна обеспечить сильную сеязь каждого генератора с внешней нагрузкой и почти полностью исключить взаимную
связь между генераторами, Эти требования могут быть вы полнены с помощью мостовых схем на двойных тройниках и
направленных отеѳт вителей:. Устройство становится гро моздким при большом числе соединяемых генераторов.При использовании щелевых /ли коль::озых мостов такие системы
могут быть сделаны, добольно компактными •
Применение метода бегущей волны для суммирования мощностей отдельных ЛПД [і2 ]
■і
Вданном случае устойчйьая работа большого кылнчест
ва генерирующих ЛПД, подключенных к*эотей линии,досгпга-
І
ется путем введения дополни^елыюго генератора,нечувст вительного к внешним возмущениям. Наличие одного стабиль кого генератора исключает возможность перехода к другим
.режимам работы.'На рис. 55 изображена схема, в которой
- 81
восемь ЛПД соединены с полосковой линией посредством емкостной связи. Первый генератор подключен к линии через трехплечий циркулятор. Для согласования остальных ЛПД с линией применены двойные настраивающие шлейфы.
Рис.55Схема параллельного включения ЛПД посредством емкостной связи.
Мощность, получаемая в нагрузке, практически равна сум марной мощности отдельных генераторов. Однако наличие 'разового сдвига между колебаниями отдельных генераторов, синхронизируемых общим сигналом, серьезно затрудняет эффективное сложение мощностей в режиме бегущей волны.
Увеличение выходной мощности путем параллельного включения ЛПД- в схеме с поглощающими сопротив
лениями
•Этот способ [13] предусматривает для подавления нежелательных резонансов,, которые всегда появляются при соединении - отдельных генераторов,использование специальных активных сопротивлений, включенных таким образом, что поглощение мощности происходит только на паразитных типа$ колебаний. Эквивалентная схема генера
- 02 -
торе с двумя параллельно включенными ЛПДя>изображена на рис.56 . Поглощающие сопротивления Rs f последовательно включены в проводники, которые соединяются с каждым из
Рис.55. Схема с поглощающими сопротивлениями для параллельного включения ЛПД.
диоцов. Величины конденсаторов -связи Сс _подбираются таким образом, чтобы кв ребочей частоте высокочастотные
напряжения на входе соединительных линий отдельных ЛПД '_£ли равны (U1=U2); при этом условии высокочастотные
токи через поглощающие сопротивления не протекают.и по тери мощности отсутствуют. Для всех других частот эти сопротивления резко снижают добротность резонансных цепей ЛПД и предотвращают возможность их возбуждения.
Для увеличения выходной мощности в схеме (ри с .55)
дополнительные ЛПД подключаются через аналогичные схемы
непосредственно к зажимам 1-1. .
- 8 3 -
5.СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИЧЕСКОГО
РАЗВИТИЯ ЛПД
Создание высококачественных полупроводниковых ма териалов и применение новейших технологических процес сов ( диффузии, эпитаксиального наращивания,ионног.о внедрения } обеспечили быстрое увеличение выходной мощ ности и эффективности ЛПД во в с т диапазоне СВЧ.
Выпускаемые в настоящее время ЛПД изготавливаются на основе Ge^t и GaAs. В табл. 1 ■ приведены данные, позво
ляющие сравнить параметры ЛПД, созданных на основе раз личных материалов и работающих в непрерывном режиме.
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
||
Материал |
:Выходная |
: к.п.д. , :Частота, :Обобщенный |
: |
|||||
|
:мощностьг |
|
% |
|
|
: параметр, |
|
|
|
: . Вт |
і |
: |
ГГц |
І |
Вт150(ГГцІ2 |
: |
|
Si |
1И |
|
7,5 |
|
12,2 |
|
|
|
Ge |
0,62 |
|
12,1 |
|
6,0 |
|
20 |
|
Ga As |
0,5 |
|
11,5 |
|
11,1 |
|
60 |
|
Как видно из приведенной таблицы,ЛПД на основе и GaMs
в несколько раз превосходят германиевые. по величине про изведения P f , являющегося наиболее ионной характеристи
кой прибора. Этим в значительной степени объясняется то, что в последнее время большинство исследований проводит ся с ЛПД на основе кремния и арсенида галлия.
Некоторые представления о современном уровне техни ческого развития ЛПД можно пожучить на основании дяняну