CC BY
14УДК 621.396.67
Ю. И. Алексеев, Е. А. Журавлёв, И. В. Малиёв
Таганрогский государственный радиотехнический университет
Сопоставление усилителей мощности СВЧ на двух диодах Ганна при различных способах включения диодов
Проводится сопоставление усилителей на двух диодах Ганна с поперечным и с продольным включениями диодов в колебательную систему. Сравниваются основные характеристики усилителей.
Усилители мощности СВЧ, двухдиодная схема, последовательное включение, параллельное включение, малосигнальный коэффициент усиления
Проблема увеличения выходной мощности твердотельных диодных усилителей привела к необходимости рассмотрения многодиодных устройств в расчете на эффект суммирования мощности СВЧ-колебаний отдельных диодов. В этом направлении достигнуты определенные успехи [1]-[3], особенно в конструкциях усилителей с пространственным разделением диодов, включенных в одну колебательную систему, представляющую в этом случае СВЧ-резонатор распределенного типа. Существенные результаты достигнуты авторами [1], разработавшими многодиодные усилители на лавинно-пролетных диодах (ЛПД) при значительном удалении диодов друг от друга в резонаторе, представляющем собой короткозамкнутый отрезок волновода прямоугольного сечения, в котором диоды смещены на расстояние, равное половине длины волны, а их расположение в резонаторе -продольное. По мнению авторов [1], такое расположение облегчает решение проблемы теплоотвода от диодов, что весьма существенно для ЛПД. Однако рассматриваемое конструктивное решение приводит к возрастанию габаритов устройства, особенно значительному при увеличении количества диодов более двух. Следует подчеркнуть, что при разработках твердотельных усилителей мощности СВЧ не рассматривались конструкции, основанные на поперечном включении диодов в резонатор, которое принципиально может обеспечить высокую выходную мощность при явном выигрыше в габаритах устройства.
Цель настоящей статьи состоит в представлении результатов экспериментального сопоставления двухдиодных твердотельных усилителей с поперечным и с продольным включениями диодов в колебательную систему усилителя. Макеты рассматриваемых усилителей выполнены на диодах Ганна и для полноты информации при сравнении их основных характеристик построены в двух диапазонах СВЧ.
Конструкции экспериментальных макетов усилительных камер схематически показаны на рис. 1 (а - поперечное включение диодов; б - продольное включение; 1 - диоды Ганна типов 3А705А для пятисантиметрового диапазона и 3А715В для трехсантиметрового диапазона; 2 - диодные держатели цангового типа; 3 - колебательные системы усилителей (резонаторы), образованные короткозамкнутыми отрезками волноводов сечением
© Ю. И. Алексеев, Е. А. Журавлёв, И. В. Малиёв, 2005
67
б
Рис. 1
28.5 х12.6 мм в пятисантиметровом диапазоне и 23 х10 мм - в трехсантиметровом; 4 -узлы подачи смещения на диоды; 5 - радиатор).
Для обоих упомянутых диапазонов созданы макеты двух типов - с поперечным и с продольным включениями диодов; усилители исследовались по схеме "на отражение".
Для корректности проводимого сопоставления усилителей в каждом диапазоне оба макета настраивались по максимуму коэффициента усиления примерно на одинаковые частоты (насколько это позволяли сделать органы регулировки макетов и изменение напряжения питания диодов).
Результаты экспериментальных исследований приведены на рис. 2 (кривые 1 - поперечное включение диодов; 2 - продольное включение). В пятисантиметровом диапазоне (рис. 2, а) реализованы усилители с достаточно большим малосигнальным коэффициентом усиления Ку (до 25 дБ) при удовлетворительной повторяемости АЧХ при смене диодов, что в равной степени относится к обоим типам усилителей. Динамические характеристики (зависимость К у усиления от входной мощности Рвх) - "мягкого" типа. Из их
сравнения становится очевидным преимущество усилителя с поперечным включением диодов: при К у = 20 дБ он усиливает входные сигналы с амплитудами, на порядок превышающими амплитуды для усилителя с продольным включением диодов.
В трехсантиметровом диапазоне (рис. 2, б) усилители обоих типов также имеют достаточно высокие коэффициенты усиления, но динамическая характеристика усилителя с поперечным включением диодов - "жесткого" типа. Однако последнее обстоятельство не имеет отношения к способу включения диодов, поскольку тип динамической характеристики, являющийся следствием характера амплитудной зависимости проводимости диода, определяется исключительно электроникой последнего и при разных напряжениях питания может быть различным. Здесь также следует отметить преимущество усилителя с поперечным включением диодов: при том же коэффициенте усиления Ку = 20 дБ в этом
а
Ky, дБ
20
15
10
5 0
6.35 6.40 6.45
Ку, дБ
6.50
6.55 f, ГГц
Ку, дБ
20
15
10
5 0
8.3 8.4
Ку, дБ
8.5
8.6
8.7 f, ГГц
Рис. 2
типе усилителя нелинейные свойства проявляются при амплитудах входных сигналов, на порядок больших, чем в усилителе с продольным включением.
При проведении эксперимента наряду с явными преимуществами усилителей с поперечным включением диодов в резонатор отмечен недостаток, проявившийся в необходимости подбора диодных пар. Параллельное соединение диодов приводит к уменьшению эквивалентного сопротивления так называемого сложного диода, что неизбежно ведет к критичности усилителя к нагрузке и усложнению согласования диода с последней. В этой связи подбор диодных пар с идентичными параметрами увеличивает в конечном итоге запас устойчивости усилителя, что особенно важно для усилителей с динамическим диапазоном, расширенным в сторону больших входных сигналов, что особенно важно для усилителей мощности. С учетом же того, что поперечное включение диодов в колебательную систему усилителя не приводит к увеличению его габаритов, для разработки выходных твердотельных усилителей мощности СВЧ, работающих в каскадах радиопередающих устройств, усиливающих модулированные сигналы, необходимо рекомендовать усилители с поперечным включением диодов.
Библиографический список
1. Давыдова Н. С., Данюшевский Ю. З. Диодные генераторы и усилители СВЧ. М.: Радио и связь, 1986.
184 с.
2. Кэррол Дж. СВЧ-генераторы на горячих электронах / Под ред. Б. Л. Гельмонта. М.: Мир, 1972. 390 с.
3. Полупроводниковые приборы в схемах СВЧ / Под ред. М. Хауэса, Д. Моргана. М.: Мир, 1979. 448 с.
б
а
Известия 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 ^.
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
