CC BY
15Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2005. Вып. 4==================================
Yu. I. Alekseev, E. A. Zhuravlyov, I. V. Maliyov Taganrog state university of radio engineering
Comparison of double diode UHF power Gunn amplifiers with different expedients of diodes inclusion
The comparison of double diode UHF power Gunn amplifiers with longitudinal and cross diodes inclusion in a vibrating system is conducted. The basic performances of amplifiers are compared.
UHF power amplifiers, double diode circuit, longitudinal inclusion, cross inclusion, small-signal amplification constant
Статья поступила в редакцию 31 марта 2004 г.
УДК 621.396.67
Ю. И. Алексеев
Таганрогский государственный радиотехнический университет
Определение нелинейных свойств реактанса серийного лавинно-пролетного диода миллиметрового диапазона
Методом синхронизации генератора на лавинно-пролетном диоде (ЛПД) получена амплитудная зависимость реактанса исследуемого ЛПД. Полученные результаты рассматриваются в качестве дополняющих информацию об импедансных свойствах ЛПД, необходимую при инженерных расчетах.
Лавинно-пролетный диод, генератор, синхронизация, амплитудная зависимость, эксперимент
Инженерные разработки элементной базы радиопередающих устройств на основе активных твердотельных приборов (диодов Ганна, лавинно-пролетных диодов) для проведения расчетов ожидаемых параметров разрабатываемого устройства предусматривают использование информации об импедансных свойствах этих приборов.
При определении реактанса ЛПД можно воспользоваться свойствами неизохронных генераторов (к ним относится генератор на ЛПД). Они содержат нелинейные реактивности, что является причиной несимметричности амплитудно-частотной характеристики синхронизируемого генератора [1]. Это же свойство дает основание для определения нелинейной зависимости реактанса от амплитуды поданного на диод СВЧ-напряжения Ul.
В настоящей статье приведены результаты экспериментальной работы по синхронизации простейшего генератора на ЛПД, колебательная система которого образована ко-роткозамкнутым с одной стороны отрезком прямоугольного волновода. Диод, реактанс которого определялся, включен по оси широкой стенки волновода сечением 7.2 х 3.4 мм; один из контактов диода изолирован от корпуса резонатора с помощью опорного конденсатора, позволяющего подавать смещение на диод для запуска генератора в автоколебательном режиме. Эксперимент проводился с серийным ЛПД типа 2А717А, предназначенным для генерации СВЧ-колебаний миллиметрового диапазона.
70 © Ю. И. Алексеев, 2005
Рис. 1
В эксперименте по синхронизации генератора применялась схема (рис. 1) на основе циркулятора ФВВН1-4 4, включающая также синхронизирующий генератор Г4-156 1; аттенюатор Д3-36А, регулирующий уровень синхросигнала 2; источник питания 3; синхронизируемый генератор 5; анализатор спектра С4-27 6 и измеритель мощности М3-22 7.
Методика экспериментального определения реактанса ЛПД, основанная на синхронизации генератора с исследуемым диодом, позволяет получить наибольшую информацию о реактансе, поскольку нелинейный процесс вхождения генератора в синхронизм при различных уровнях мощности его собственных колебаний и различных отстройках синхросигнала от частоты собственных колебаний /0 дает возможность не только определить малосигнальный реактанс диода, но также проследить его изменение в широком диапазоне изменений амплитуды напряжения СВЧ-колебаний на диоде. При этом внешнее воздействие на генератор следует рассматривать как фактор управления параметрами собственных колебаний.
Обработка результатов эксперимента проводилась следующим образом: исходными данными для получения реактанса являлись зависимости частоты и мощности собственных колебаний синхронизируемого генератора от мощности синхронизирующего сигнала при заданной отстройке его по частоте от частоты собственных колебаний /0 автогенератора. Эти зависимости измерялись при различных значениях рабочих токов ЛПД /0, соответствующих различным значениям мощности р синхронизируемого генератора. Далее на основе баланса фаз, выполняющегося на частоте собственных колебаний синхронизируемого генератора, устанавливалась связь между реактивными составляющими полных сопротивлений ЛПД и колебательной системы генератора (последняя ввиду упомянутой простоты конструкции резонатора может быть достаточно просто вычислена). Изменявшаяся под воздействием синхронизирующего сигнала мощность собственных колебаний генератора Рд являлась основанием для определения амплитудной зависимости реактанса. Непосредственно расчет реактанса проводился на основе выражения для полного сопротивления ЛПД, в котором учитывались его частотная и амплитудная зависимости [2].
Результаты определения нелинейного реактанса ЛПД представлены на рис. 2 и 3. Широкое изменение рабочих токов ЛПД (116.. .136 мА), повлекшее за собой существенный перепад мощности собственных колебаний синхронизируемого генератора (1.3.31.6 мВт), позволило получить не только количественные значения реактанса исследуемого ЛПД, но и качественную картину поведения реактанса при изменении мощности автоколебаний, т. е. получить полную амплитудную зависимость реактанса, охватывающую так называемые области малого и большого сигналов.
Амплитудные реактансные характеристики, показанные на рис. 2, а и б, относятся к малосигнальным зависимостям и свидетельствуют о том, что при изменении мощности собственных колебаний автогенератора примерно на 10 дБ возможны не только количест-
10-
10-
10-
Uf, В
2
-9.0 -9.5
-10.0
-10.5
-11.0
X , Ом
д
-1-
— Отстройка 30 МГц; ¡0 = 116 мА;
P0 = 1.3 мВт
Теория
Эксперимент
10-
10-
10-
Uf, В
2
-10.0 -10.5
-11.0
X , Ом
д
Отстройка 15 МГц; Л0 = 116 мА;
P0 = 1.3 мВт
Теория
Эксперимент
-9.0 -9.2
-9.4
X , Ом
д
Отстройка 30 МГц; I0 = 124 мА; P0 = 11 мВт
10
-9.0 -9.1
-9.2
-9.3
X , Ом
д
-3
Отстройка 15 МГц; ' 10 = 124 мА;
i_P0 = 11 мВт
Uf, в-
2
Теория
U12, В2
Рис. 2
-10.0 -10.2
-10.4
-11.6
X , Ом
д
В2
10-
10-
U12, В
2
Теория
Отстройка 30 МГц; ¡0 = 136 мА; P0 = 31.6 мВт
X
-10.0 -10.2
-10.4 -11.6 Ом
Теория
Отстройка 15 МГц; ¡0 = 136 мА; ЭкспеРимент po = 31.6 мВт
Рис. 3
венные, но и качественные изменения амплитудных свойств реактанса ЛПД: налицо амплитудные зависимости как "мягкого" (рис. 2, а), так и "жесткого" (рис. 2, б) типов, объясняемые исключительно механизмом взаимодействия дрейфующего электронного потока ЛПД с СВЧ-полем. "Мягкие" зависимости дают удовлетворительное совпадение реактанса, полученного экспериментальным путем, с рассчитанными значениями [2], в то время как "жесткие" - качественно расходятся с теоретическими (при удовлетворительном количественном совпадении). Последнее обстоятельство свидетельствует в пользу экспериментального определения реактанса, поскольку предложенные в [2] аппроксимации амплитудной зависимости реактанса дают характеристики только "мягкого" типа, что не всегда соответствует действительности.
Графики, приведенные на рис. 3, представляют зависимости реактанса исследуемого ЛПД в режиме "большого сигнала" (¡0 = 136 мА; /0 = 31.6 мВт). Здесь проявляется амплитудная зависимость реактанса "мягкого" типа и наблюдается хорошее совпадение экспериментальных и расчетных результатов как в количественном, так и в качественном отношениях.
Графики рис. 2 и 3 несут весьма важную информацию инженерного характера: они дают полное представление о поведении реактанса ЛПД в широком диапазоне изменений
4
3
2
4
3
2
б
а
2
1
д
амплитуды СВЧ-напряжения на диоде (от нескольких милливольт до 1 В), что необходимо учитывать при расчетах характеристик СВЧ-генераторов (выходная мощность и частота колебаний) либо СВЧ-усилителей (малосигнальный коэффициент усиления и нелинейные свойства усилителей в рабочем частотном диапазоне).
Библиографический список
1. Хотунцев Ю. Л., Тамарчак Д. Я. Синхронизированные генераторы и автодины на полупроводниковых приборах. М.: Радио и связь, 1982. 240 с.
2. Тагер А. С., Вальд-Перлов В. М. Лавинно-пролетные диоды и их применение в технике СВЧ. М.: Сов. радио, 1968. 479 с.
J. I. Alekseev
Taganrog state university of radioengineering
Definition of nonlinear properties of an imaginary component of an impedance serial millimetre waves IMPATT diode
Amplitude dependence researched IMPATT diode is received with using the method of synchronization of the IMPATT diode oscillator. The received results adding the information about IMPATT diode impedance properties necessary for engineering accounts are discussed.
IMPATT diode, oscillator, synchronization, amplitude dependence, trial
Статья поступила в редакцию 1 декабря 2004 г.
УДК 621.385
А. С. Плахотник
Тихоокеанский военно-морской институт им. С. О. Макарова
Механизм увеличения в среднем кинетической энергии электронов в приборах миллиметрового диапазона
Рассмотрен механизм увеличения в среднем кинетической энергии "отработавших" электронов. Показано, что в основе этого механизма может лежать суммирование флуктуаций кинетической энергии электронов. Разработана флуктуационная модель энергетических потерь в магнетроне миллиметрового диапазона.
Гиротроны, магнетроны, миллиметровый диапазон, суммирование флуктуаций кинетической энергии электронов, принципы неопределенности и соответствия, энергетические потери
О взаимосвязи увеличения в среднем кинетической энергии "отработавших" электронов с ухудшением выходных параметров приборов миллиметрового диапазона (ММД) говорят исследования энергетического спектра электронного пучка после взаимодействия с СВЧ-полем в гиротроне [1]. По мере снижения коэффициента полезного действия (КПД) гиротрона оценка по спектру энергии оказывается завышенной. Такое расхождение объясняется появлением в спектре электронов с энергией, значительно большей, чем энергия излучаемых катодом электронов. В миниатюрных магнетронах и магнетронах ММД к умень-
© А. С. Плахотник, 2005 73
