П 1.2 Фильтры на распределенных элементах.

Коаксиальные волноводы:

Рис. 1.2.1

Рис. 1.2.2

Метод эквивалентных схем:

;

;

θ

;

;

Топология при реализации на микрополосковых линиях (МПЛ):

ФНЧ

Рис 1.2.3 Рис. 1.2.4

ФВЧ

Рис 1.2.5

ППФ

ω₀ – средн. частота I полосы пропускания

ω₀₂ – средн. частота II полосы пропускания

L – затухание в полосе пропускания

LAB – затухание между ω0 и ω02

W - - относительная ширина полосы пропускания

1 ) ~λ/2

ω₀₂ = 2 ω₀

Можно обеспечить самые слабые связи между резонаторами

LAB – самое большое (Вход и выход разнесены)

2)

~ λ/ 2

Можно обеспечить очень сильную связь , но LAB – невелико.

Возможны различные варианты связи с нагрузкой:

а)непосредсвенный б)с помощью доп.резонаторов в) с «емкостной» свзяью

(т.к. они сильно нагружены то мало учавствуют в формировании скатов АЧХ)

Все эти фильтры имеют «0» выше полосы пропускания. Можно создать дополнительный «0» и ниже полосы пропускания, для этого можно использовать закороченные с двух сторон на «землю» полуволновые резонаторы, конструктивно это менее удобно места подключения связи «съедут» на λ /4

3)

~λ/4

ω₀₂ = 3 ω₀

Габариты меньше, но добротность резонаторов ниже.

4)

~λ/2

ω₀₂ = 3 ω₀

(При расстройке резонаторов узкая паразитная полоса около 2 ω₀ )

Довольная слабая связь вход-выход ( )

5)

~λ/2

ω₀₂ = 3 ω₀

Используется для полос .Конструктивно неудобно.

6 )

λ/2

~λ/4

ω₀₂ = 2 ω₀

Чем больше асимметрия точки подключения тем, сильнее связь и дальше расходятся «0»

7)

λ/2

~λ/4

ω₀₂ = 3 ω₀

Можно сложить пополам и длина линий станет тогда λ/4

8)

Фильтры на встречных резонаторах

λ/4

ω₀₂ = 3 ω₀

Компактны, так как связь слабая и требования к точности изготовления невелики.

9)

<λ/4

Очень широкая полоса запирания. Чем выше С, тем меньше λ и

10)

Металлический экран для того чтобы убрать излучение.

Частота Ггц; ;

П 2 Активные СВЧ элементы.

П 2.1 Диодные генераторы.

m*=0.07m₀

μ=7600 см²/вс

Рис. 2.1.1

- волновой вектор соответствующей электрической волны;

- энергия электрона в кристалле;

- длина волны движущегося электрона;

- эффективная масса ( );

- подвижность;

Генераторы на диодах Ганна (диоды с медленным переносом)

При движении носителей в п/п кристалле происходит их взаимодействие с решеткой при этом энергия может передаваться только квантом. Так как энергия акустического фонона (который возбуждается зарядом) существенно меньше энергии оптического, то при малых скоростях заряды рассеивают свою энергию на акустических фононах, а при больших на оптических. Подвижные носители заряда переносятся из основной энергетической зоны (где они обладают малой энергетической массой и высокой подвижностью) в боковую энергетическую зону, при этом их энергетическая масса увеличивается, а подвижность уменьшается.

Рис. 2.1.2

Видно, что при увеличении числа носителей n2 средняя скорость Vср. будет уменьшаться, если n1 уменьшается быстрее чем растет энергия E. А значит будет уменьшаться и ток через кристалл.

А

Рис. 2.1.3

Электрическое поле в п/п определяется суммой внешнего (создаваемо внешним напряжением) и внутреннего поля (создаваемого электрическими зарядами внутри п/проводника). Пусть к диоду приложено U создающее напряженность поля близкую к Eкр. Около катодного контакта есть неоднородность, на которой Е > Екр. В этом месте подвижность (V) электронов уменьшилась и к этим замедлившимся е начнут притекать е расположенные ближе к катоду. Образовавшийся объемный заряд начнет увеличиваться, что приведет к еще большему росту поля в домене и расширению области объемного заряда, а так же уменьшению поля вне его. Область объемного заряда будет дрейфовать к аноду под действием внешнего поля. Нарастание ООЗ прекратится, когда его скорость станет равна скорости е вне его. Дойдя до анода, домен исчезает. Поле внутри диода и ток через него возрастает до прежнего значения и процесс повторяется.

Для образования домена необходимо:

1. Высокая концентрация носителей заряда

2. Достаточная длина диода L

;

- диэлектрическая проницаемость;

- диффер.подвижность;

Если n₀L >> n₀Lкр., то домен быстро образуется и медленно движется по диоду – пролетный режим. Если условие не выполняется, то домен не успевает сформироваться и в диоде движутся нарастающие волны ООЗ - режим ограниченного накопления объемного заряда.

Режим ОНОЗ

Пролетный режим

Рис. 2.1.4

Если n₀L < n₀Lкр, то вольтамперная характеристика образца почти повторяет зависимость .В режиме ОНОЗ (1) выше, (2) энергетические характеристики лучше.

Если n₀L >> n₀Lкр., то (1) в момент формирования домена ток резко падает. При уменьшении U наблюдается (2) гистерезис, вызванной тем что для гашения домена Е внутри него должно стать меньше Е_кр

Это две крайности, вообще же в соответствии с установившимся распределением электрического поля различают следующие режимы работы ДМП:

Доменный, ОНОЗ, гибридный, усилительный.

Существует три модификации доменного режима:

Пролетный, с задержкой образования домена, с подавлением (гашением) домена.

Доменные режимы.

При котором в течение периода ВЧ напряжения успевает полностью сформироваться домен сильного поля.

Делятся на 2 группы:

1) С резистивной нагрузкой

- К диоду приложено только напряжение смещения и частота генерируемых колебаний определяется временем пролета домена.

- очень низкий.

2) С LC нагрузкой

- К диоду кроме приложено ВЧ напряжение, возникающее в колебательной системе(обычно параллельном колебательном контуре)

- Лучше энергетические характеристики. Эту группу в зависимости от соотношения между периодом ВЧ колебаний Т и временем свободного пролета домена можно разделить на режимы: