13 Диодные генераторы с перестройкой частоты варикапом

Первичным трансформирующим звеном для корпусного варикапа служит сам корпус. Параметры корпуса L_кв, C_кв (рисунок 25) приблизительно такие же, как ДГ, поскольку размер корпуса определяется на практике рабочей частотой и возможностями изготовителя.

Рисунок 25 – Эквивалентная схема варикапа

Добротность варикапа Q = f_предf, где предельная частота f_пред определяется при номинальном смещении U_вном (обычно это минус 4 В или минус 6В) из условия r_в = (2f_пред C_вном )^-1. У лучших современных варикапов f_пред =1 – 1,5ГГц. Однако для многих серийных диодов f_пред  200МГц.

Частота последовательного резонанса варикапа в корпусе f_{в пос} =(2L_квC_кв )^-1. При L_кв = 0,6нГн на f_{в пос} = 10ГГц ёмкость C_в = 0,42пФ. Это значение близко к средней ёмкости типичного варикапа. Поэтому наибольший диапазон электрической перестройки должен достигаться при последовательном включении такого управителя частоты.

Компановка генератора с варикапом, помещённом в одной и той же поперечной плоскости с ДГ, показана на рисунке 26.

Рисунок 26 – Включение ДГ и варикапа в волноводный резонатор

Штыри крепления диодов образуют двухпроводную линию, ограниченную широкими стенками волновода. Эквивалентное характеристическое сопротивление такого резонатора низкое, а связь с диодами сильная, поскольку они включены в пучности продольного тока. Роль короткозамкнутого отрезка волновода сводится в основном к регулировке связи с нагрузкой. Благодаря влиянию параметров корпусов, частота первого обертона резонатора на отрезке двухпроводной линии попадает в заданный рабочий диапазон и эффективно управляется изменением C_в.

Связь с варикапом можно регулировать, перемещая его вдоль штыря. Ослабление связи приводит к увеличению P_н при одновременном сужении полосы перестройки. С аналогичной целью используется квазикоаксиальный резонанс штыря крепления ДГ и варикапа.

Скорость перестройки частоты АДГ варикапом достигает 1 – 2ГГц/мкс, что удовлетворяет требованиям, предъявляемым современными радиосистемами. Однако, параллельно с расширением полосы перестройки уменьшается выходная мощность генератора, увеличивается уровень частотных шумов, становится все более трудной задачей линеаризации кривой f (U_в).

14 Достоинства и применение

Современные диоды Ганна работают в полосе частот более октавы, имеют малые шумы, требуют низковольтных источников питания. Гарантируемый срок службы превышает 100 лет. Автогенераторы на диодах Ганна широко используются в качестве генераторов в передатчиках радиолокаторов ближнего действия, радиомаяках, приёмоответчиках, линиях радиосвязи и передачи данных, датчиках скорости, системах охранной сигнализации. Они находят также применение как генераторы накачки, генераторы качающейся частоты, гетеродины. Усилители на диодах Ганна отличаются высокой линейностью амплитудной и фазочастотной характеристик обеспечивают на миллиметровых волнах мгновенную полосу пропускания порядка 40% при коэффициенте шума менее 10дБ.

Открытие эффекта Ганна оказало благотворное влияние на физику полупроводников, вызвав буквально лавину работ, посвящённых неустойчивостям в твёрдом теле и кинетическим явлениям в сильных полях. Совершенствование технологии выращивания эпитаксиальных плёнок арсенида галлия позволило автогенераторам и усилителям на диодах Ганна по праву занять место одного из основных твердотельных источников колебаний в диапазонах сантиметровых и особенно миллиметровых волн.

В настоящее время известно около 400 типов промышленных диодов Ганна, которые нашли применение в твердотельных приборах СВЧ различного назначения.