CC BY
18Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2010. Вып. 6======================================
УДК 621.382.27
Ю. И. Алексеев
Технологический институт Южного федерального университета в г. Таганроге
| Регенеративный диодный генератор миллиметровых волн*
Обсуждены результаты разработки генератора миллиметрового диапазона на ла-винно-пролетном диоде. Описана конструкция, приведены основные характеристики генератора.
Лавинно-пролетный диод, генератор, миллиметровый диапазон
Разработка диодных твердотельных генераторов СВЧ миллиметрового диапазона длительное время тормозилась рядом причин, связанных со спецификой этого диапазона [1], [2], которые в первую очередь сказывались на конструктивных особенностях диодов. Создание указанных диодов стало возможным только при освоении высоких технологий получения необходимых материалов и специальных технологий создания полупроводниковых диодных структур миллиметрового диапазона [2].
Отечественная диодная база, представленная в настоящее время в миллиметровом диапазоне двумя типами СВЧ-диодов - лавинно-пролетным диодом (ЛПД) и диодом Ганна - позволяет уверенно проводить разработку гетеродинов и задающих генераторов с высокими техническими характеристиками, которые, например в [1], [2], представлялись как потенциально достижимые.
В настоящей статье обсуждены результаты, полученные при разработке генератора миллиметровых волн на ЛПД в одном из малоосвоенных участков этого диапазона. Эскиз конструкции исследуемого генератора показан на рис. 1, где 1 - генераторный ЛПД типа 2А717Б; 2 - колебательная система (резонатор) генератора в виде короткозамкнутого отрезка волновода 5.2^2.6 мм, длина которого изменяется пере-
* Экспериментальные материалы получены на оборудовании, предоставленном Технологическому институту Южного федерального университета в г. Таганроге по национальному проекту "Образование". 70
© Алексеев Ю. И., 2010
Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2010. Вып. 6
/, ГГц
Р, мВт
46.4
I = 10 мм
12
I = 10 мм
46.0
I = 8.1 м
8
45.6
4
50 60 70
80
90 /0, мА
50
60 70 80
90 10, мА
Рис. 2
мещением короткозамыкающего поршня 3. По цепи питания резонатор блокирован фильтром нижних частот 4, одновременно являющимся одним из диодных держателей 5.
Конструкция разработана на основе стандартного волновода полного сечения, в котором согласование ЛПД осуществляется через дополнительный внутриволноводный резонатор радиального типа (его роль выполняет один из диодных держателей увеличенного диаметра [1]).
На рис. 2 показаны основные характеристики исследуемого генератора, представляющие диапазон электронной настройки: зависимость частоты генерации от рабочего тока ЛПД. Параметры электронной настройки измерялись при двух положениях поршня резонатора I, соответствующих разным частотам генерации. Диапазон изменения рабочих токов ЛПД выбирался по критериям устойчивости генерируемых колебаний и технически приемлемого уровня мощности генерации.
Из рис. 2 видно, что параметры электронной настройки зависят от резонансной частоты колебательной системы генератора: при различных длинах резонатора I различны и диапазон электронной настройки А/, и выходная мощность в этом диапазоне. Кроме того, различен также характер изменения выходной мощности по диапазону.
Следует заметить, что применительно к радиопередающим устройствам характеристики, показанные на рис. 2, являются статическими модуляционными характеристиками, используемыми при формировании радиосигналов с частотной модуляцией (ЧМ). В исследуемом генераторе достаточно просто осуществить ЧМ изменением рабочего тока ЛПД. ЧМ-Системы, в которых изменение частоты осуществляется изменением тока или напряжения питания, относятся к высокоскоростным и находят широкое применение в современных радиопередающих устройствах.
Генератор исследуемой конструкции показал значительные возможности в достижении широкодиапазонной перестройки частоты при сохранении устойчивой генерации (рис. 3): достигнутая в работе полоса механической перестройки превышает 8 ГГц, что существенно перекрывает прогнозы в данном направлении [2]; перепад уровня выходной мощности при этом составил 7.. .8 дБ, что технически приемлемо для задающих генераторов радиопередающих устройств.
Поскольку исследовался генератор, непосредственно связанный с нагрузкой, упомянутый диапазон механической перестройки достигался не при всех рабочих токах диода. Указанный на рис. 3 ток ЛПД I = 50 мА является оптимальным для получения устойчи-
Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2010. Вып. 6-
Рис. 3
вой генерации в таком широком диапазоне. Отсутствие регулировки связи с нагрузкой в этих генераторах восполняется изменением рабочего тока ЛПД, непосредственно влияющего на импедансные свойства диода, которые и осуществляют согласующую функцию в амплитудном балансе генератора.
В процессе исследования обнаружено, что генератор имеет гармонически связанные моды генерации, синхронно отслеживающие перестройку резонатора по частоте. Уровень генерируемой мощности на второй гармонике при режимах питания ЛПД, приведенных ранее, составлял -10.. .12 дБ от уровня мощности на основной моде.
В заключение следует отметить, что отечественный ЛПД типа 2А717Б представляет надежную элементную базу при разработках полупроводниковых радиопередающих устройств миллиметрового диапазона длин волн.
Список литературы
1. Давыдова Н. С., Данюшевский Ю. З. Диодные генераторы и усилители СВЧ. М.: Радио и связь, 1986. 193 с.
2. Линейные регенерационные усилители волноводных линий связи на миллиметровых волнах / под ред. А. А. Визеля. М.: Связь, 1972. 153 с.
Ju. I. Alekseev
Institute of technology of Southern federal university
Regenerative diode generator of millimeter waves
The results of the development of millimeter wave generator on avalanche diode are discussed. The design are described, the main characteristics of the generator are resulted.
Avalanche diode, oscillator, millimeter-wave band
Статья поступила в редакцию 19 ноября 2009 г.
