CC BY
17J. I. Alekseev, A. V. Demyanenko, I. V. Maliyev Institute of technology of south federal university
A noise signal generator on IMPATT diode
One variant of the noise signal generator on IMPATT diode and its energy characteristics was investigated.
IMPATT diode, noise signal generator
Статья поступила в редакцию 3 июля 2006 г.
УДК 621.373.072.9
Ю. И. Алексеев, А. В. Демьяненко, И. В. Малиев
Технологический институт Южного федерального университета
Некоторые особенности синхронизации автогенераторов двухсантиметрового диапазона на диоде Ганна
В широком частотном диапазоне исследуется возможность синхронизации автогенератора на диоде Ганна внешним гармоническим сигналом малой амплитуды.
Синхронизация, диод Ганна, добротность
Потребность в твердотельных синхронизированных источниках СВЧ-колебаний в современной радиоэлектронике весьма велика. Достаточно назвать такие радиоэлектронные системы, как малогабаритные РЛС и противодействующие им средства, активные фазированные антенные решетки (ФАР), высокостабильные генераторы накачки параметрических и квантовых усилителей СВЧ, чтобы показать актуальность разработки синхронизированных автогенераторов.
В настоящей статье с целью исследования особенностей синхронизации автогенератора на диоде Ганна в отдельных участках возможной перестройки его частоты генерации описан действующий макет автогенератора (рис. 1, а), на котором обозначено: 1 - диод Ганна типа 3А724А; 2 - колебательная система автогенератора (резонатор СВЧ), образо-
Согласованная Pc нагрузка
" ' 8
Камера автогенератора
74
б
Рис. 1
© Алексеев Ю. И., Демьяненко А. В., Малиев И. В., 2007
а
ванная короткозамкнутым отрезком волновода 16 х 8 мм (ее резонансная длина регулируется поршнем 4); 3 - диодные цанговые держатели (один из них изолирован от корпуса генератора опорным конструктивным конденсатором 6, а второй диодный держатель одновременно является теплоотводом диода на корпус генератора); 5 - устройство механической перестройки частоты генерации; 7 - штыри регулировки связи генератора с нагрузкой. Введение автогенератора в режим синхронизации осуществлялось через цирку-лятор 8 (рис. 1, б, где Рс, Рг - мощности колебаний синхронизирующего сигнала и вынужденных колебаний генератора в режиме захвата его синхросигналом соответственно). Параметры при синхронизации исследуемого автогенератора измерялись по общепринятой методике [1], [2]. Границы полосы синхронизации определялись по моментам начала, исчезновения и нового появления биений при непрерывном однонаправленом изменении частоты синхронизирующего сигнала и неизменном уровне его мощности.
В результате экспериментальных исследований получены АЧХ, представленные на рис. 2. АЧХ, полученные на участках, занимающих не менее 10 % диапазона перестройки исследуемого генератора, имеют одинаковый
качественный характер и отличаются в основном незначительной асимметрией относительно /о и крутизной в полосе синхронизации, определяемыми дополнительными нелинейными свойствами реактанса диода Ганна. Отношение Ро/Рс , называемое коэффициентом передачи синхронизированного генератора, на графиках рис. 2 представлено в широких пределах (до 40 дБ), охватывающих в том числе и усилительные свойства системы. Это позволяет на основании представленных результатов при разработках активных элементов ФАР выбирать оптимальные параметры усилителя, построенного на основе синхрогенератора, по критерию величины произведения коэффициента усиления на полосу пропускания, определив тем самым оптимальный частотный диапазон с точки зрения рабочего диапазона активных ФАР (подобные усилители СВЧ-колебаний имеют важное достоинство, состоящее в том, что помимо амплитудно-частотных свойств такого активного элемента известна и его фа-зочастотная характеристика в полосе синхронизации). Представленные на рис. 2 АЧХ
Ро/Рс , ДБ
10
о
- 10 - 20
14.48 14.52
14.56
а
14.60 /, ГГц
Р)/ Рс
4
- 4
- 12 - 20
15.42 15.46
15.50
б
15.54 /, ГГц
Р0/Рс , ДБ
- 10
- 20
15.
15.96
в
Рис. 2
/ , ГГц
0
А/, МГц 110 85 60 35
Рс/ Ро =-10 дБ
- 15
вн
290
260
230
6
а
и, В
14.5
15.0
15.5
/, ГГц
б
Рис. 3
указывают на возможность разработки относительно широкополосных усилителей - синхро-генераторов.
Экспериментальные исследования показали, что динамика вхождения исследуемого автогенератора в синхронизм и выхода из синхронизма одинакова во всем рабочем частотном диапазоне генератора несмотря на то, что, как известно [2], в случае простейшего одноконтурного автогенератора эффективность синхронизации сложным образом зависит как от электрофизических параметров диода Ганна, так и от режима его работы в схеме автогенератора. Подобное положение может быть частично объяснено тем, что в описанном эксперименте уровни выходной мощности автоколебаний Р0 соответствовали средним значениям, характерным для диода Ганна 3А724А, т. е. от диода в процессе эксперимента не отбиралась высокая колебательная мощность, что могло бы поставить его на грань устойчивой генерации СВЧ-колебаний. В пользу этого говорит также и тот факт, что эксперимент проведен в широких пределах изменения коэффициента усиления.
На рис. 3, а представлены важные (с технической точки зрения) зависимости ширины полосы синхронизации исследуемого генератора от напряжения питания диода и, полученные на основании измеренных АЧХ. Из них следует, что режим питания диода существенно влияет на полосу синхронизации вследствие изменения импедансных свойств диода с изменением и.
Не менее важной при работе синхронизированных генераторов является информация о нагруженной добротности вн (рис. 3, б), которая, как известно [1], [2], играет существенную роль в процессе захвата колебаний генератора синхросигналом. Из рис. 3, б видно, что при изменении параметров, входящих в известные соотношения, описывающие процесс синхронизации [2], нагруженная добротность генераторов на основе диодов Ганна типа 3А724А находится в пределах 200...350, что хорошо согласуется с теоретическими положениями по синхронизированным автогенераторам.
Библиографический список
1. Романюк В. А. Синхронизация генераторов Ганна / Под ред. И. Ф. Николаевского. М.: Связь, 1972.
240 с.
2. Фомин Н. Н. Синхронизация диодных генераторов СВЧ. М.: Связь, 1974. 73 с.
5
J. I. Alekseev, A. V. Demyanenko, I. V. Maliyev Institute of technology of Southern federal university
Some peculiarities synchronization of P-band Gunn diode oscillators.
A capability of Gunn diode oscillator wide band synchronization with external low amplitude signal was investigated.
Synchronization, Gunn diode, Q-factor
Статья поступила в редакцию 3 июля 2006 г.
