Твердотельные приборы в диапазоне СВЧ

В настоящее время промежуточные и выходные каскады СВЧ передатчиков малой и средней мощности часто выполняют на транзисторах с применением систем сложения мощностей. Достаточно развиты методы суммирования мощностей в длинноволновой части СВЧ диапазона (несколько дециметров). Это позволяет создавать передатчики с выходной мощностью до десятков киловатт. Примером может служить передатчик радиолокатора «Утёс –Т» или «Утёс – А» с выходными мощностями в 80 и 40 киловатт соответственно. Усилительные модули построены на транзисторной основе: транзисторы А883В, А873-1 (ноу-хау). В то же время в диапазоне СВЧ применяются специальные известные твердотельные приборы: диоды ГАННА и лавинно-пролётные диоды (ЛПД). На их основе строятся автогенераторы СВЧ в весьма коротковолновом диапазоне, до десятков и сотен гГц. Рассмотрим принципы действия таких автогенераторов.

Рис. 6.14

Автогенераторы на ЛПД в непрерывном режиме могут обеспечивать мощность до 10 Вт в диапазоне частот более 10 гГц и единицы Ватт на частотах до 50 гГц при КПД = 15…20%. В импульсном режиме мощность может достигать 100 Вт при частоте генерации 10 гГц и КПД = 60…70%.

Генератор СВЧ на диоде ГАННА. Эффект Ганна состоит в возникновении СВЧ колебаний тока в некоторых полупроводниковых кристаллах при воздействии сильного электрического поля. Колебания обусловлены формированием и движением в кристалле резко выраженных областей с высокой напряженностью поля. Эти области имеют значительно больший объём чем простые электроны и называются доменами.

Вследствие разной степени подвижности электронов и доменов – домены имеют значительно меньшую подвижность и скорость, чем электроны – в кристалле полупроводника возникают две щели подвижности: электронная L и доменная U. Влияние щелей зависит от напряженности поля. При малой напряженности преобладает электронная проводимость L, при возрастании напряженности поля начинает сказываться проводимость U и в конце концов она становится преобладающей. Подвижность μ носителей заряда определяется соотношением μ = V/E, т.е. отношением средней скорости движения носителя V к напряженности поля E. Отсюда V = μE. Между скоростями электронов и доменов имеет место неравенство μ_U << μ_L. Отмеченные особенности в подвижностях электронов и доменов приводят к тому, что вольт-амперная характеристика диода ГАННА (ДГ) имеет вид, подобный характеристике туннельного диода, рис. 6.15. В левой восходящей ветви преобладает электронная проводимость, в правой восходящей – доменная. Между ними – переходный, падающий участок ВАХ. Именно это участок и является рабочим участком генератора на диоде ГАННА. Исходная рабочая точка устанавливается посередине падающего участка ВАХ.

Рис. 6. 15

При столь высоких частотах работы генераторов на ЛПД и ДГ избирательные системы схем выполняются на полосковых линиях.

[1] с. 133-196, [2] с. 504-579, [3] с.164-179, [4] с. 3-43.

2. Проектирование радиопередатчиков /под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.:

Радио и связь, 2003.

3. Петров Б.Е., Романюк В.А. Радиопередающие устройства на полупро-

водниковых приборах. – М.: Высшая школа. 1989.

4. Дивеев В.Н. Формирование и передача сигналов. Проектирование пере-

датчиков СВЧ. – М.: МГТУ ГА, 2003.


Содержание

Лекция 4. Возбудители радиопередатчиков………………………………	3
4.1. Возбуждение колебаний, автогенераторы…………………………..	3
4.2. Синтезаторы частот радиопередатчиков……………………………	8
Лекция 5. Высокочастотный тракт радиопередатчиков, модуляторы…	9
5.1. Высокочастотный тракт передатчиков……………………………….	9
5.2. Устройства модуляции в передатчиках………………………………	15
Лекция 6. Электронные приборы СВЧ в передатчиках…………………	26
6.1. Особенности применения обычных электронных ламп в генераторах СВЧ…………………………………………………………………………..	26
6.2. Специальные приборы СВЧ………………………………………….	28
6.3. Твердотельные приборы в диапазоне СВЧ………………………….	37
Литература…………………………………………………………………..	39