Shpory_k_ekzamenu_SVCh
.docx|
1 Классификация частотных диапозонов -российская 1 УВЧ (ультра выс. част) 0.3-3 ГГц 2 СВЧ (сврез выс част) 3-30 3 КВС (крайне) 30-300 4 ГВЧ (гипер) 300-3000 5 Оптический диапазон >3000 1,2,3 относятся к СВЧ -зарубежная Название – частота в ГГц 1 L-диапазон 0.4÷2.7 2 S-диапазон 2.7÷4 3 С-диапазон 4÷8 4 X-диапазон 8÷12 5 Ku-диапазон 12÷18 6 K-диапзон 18÷24 7 Ka-диапазон 24÷40 8. mm-wave >40
Диапазон частот — полоса частот, которой присвоено условное наименование. Диапазон частот — одно из важнейших понятий радиотехники, а также физико-технических дисциплин в целом. Это понятие имеет общий характер, то есть можно говорить или о диапазоне рабочих частот какого-либо конкретного устройства, или о диапазоне, выделенном какой-то радиослужбе, или, например, об обобщённой разбивке всей полосы радиочастот.
Классификация частотных диапазонов согласно ITU (Международный союз электросвязи) ELF, чрезвычайно низкие частоты, 3Гц - 30Гц, длины волн от 100000 км до 10000 км (декамегаметровые волны) SLF, сверхнизкие частоты, 30 Гц - 300 Гц, длины волн от 10000 км до 1000 км (мегаметровые волны) ULF, крайне низкие частоты, 300 Гц - 3000 Гц, длины волн от 1000 км to 100 км (гектокилометровые волны) VLF, очень низкие частоты, 3 кГц - 30 кГц, длины волн от 100 км до 10 км (декакилометровые волны) LF, низкие частоты, 30 кГц - 300 кГц, длины волн от 10 км до 1 км (длинные волны/километровые волны) MF, средние частоты, 300 кГц - 3000 кГц, длины волн от 1 км до 100 м (средние волны/гектометровые волны) HF, высокие частоты, 3 мГц - 30 мГц, длины волн от 100 м до 10 м (короткие волны/декаметровые волны) VHF, очень высокие частоты, 30 мГц - 300 мГц, длины волн от 10 м до 1 м (ультракороткие волны/метровые волны) UHF, крайне высокие частоты, 300 мГц - 3000 мГц, длины волн от 1 м до 10 см (дециметровые волны) SHF, сверхвысокие частоты, 3 Ггц - 30 Ггц, длины волн от 10 см до 1 см (сантиметровые волны) EHF, чрезвычайно высокие частоты, 30 Ггц - 300 Ггц, длины волн от 1 см до 1 мм (миллиметровые волны) |
2. Место и роль приборов СВЧ в системах связи. Диапазон
сверхвысоких частот (СВЧ) занимает
полосу частот от 300 МГц до 300 ГГц, что
соответствует длинам волн
-дециметровые волны (ДМВ) 300 МГц < f < 3 ГГц, 1 м > l > 10 см; -сантиметровые волны (СМВ) 3 ГГц < f < 30 ГГц, 10 см > l > 1 см; -миллиметровые волны (ММВ) 30 ГГц < f < 300 ГГц, 1 см > l . Диапазон СВЧ обладает многими отличительными особенностями. Наиболее важные для связи: 1.Большая информационная емкость. Если в диапазонах длинных, средних и коротких волн, вместе взятых можно организовать только три тысячи радиотелефонных каналов с полосой 10 кГц, то в диапазоне СВЧ можно организовать около 30 миллионов таких каналов. 2.С помощью не очень сложных устройств эл-магнитные колебания СВЧ диапазонов могут фокусировать и излучаться направленно узкими пучками. Вследствие этого заданную напряженность поля в нужной нам точке пространства можно обеспечить при значительно меньшей мощности передатчика, чем, скажем, в КВ диапазоне. Другое обстоятельство: из-за высокой пространственной избирательности, т.е. высокой направленности передающих и приемных антенн, на СВЧ очень малы взаимные помехи между различными системами связи. 3.Колебания СВЧ диапазона легко проникают сквозь ионизированные слои атмосферы Земли. Это обстоятельство делает особенно привлекательным использование СВЧ для связи с космическими объектами. 4.Электромагнитные колебания СВЧ могут распространяться не только в свободном пространстве, но и в специальных линиях передачи – волноводах. Следовательно, имеется возможность построения очень широкополосных волноводных систем связи. Для освоения какого-либо диапазона необходимо уметь: -генерировать монохроматические колебания достаточной мощности; -улавливать и усиливать радиоволны очень малой мощности, несущие полезную информацию; -преобразовывать электромагнитные колебания одной частоты в колебания другой частоты; -модулировать генерируемые колебания данного диапазона волн колебаниями, несущими полезную информацию; -демодулировать принятые и усиленные радиоволны с целью выделения из них модулирующих колебаний, несущих полезную информацию. В диапазоне СВЧ эти функции выполняют электронные и квантовые приборы СВЧ. Электронными приборами СВЧ называются приборы для генерации усиления или преобразования электромагнитных колебаний СВЧ диапазона посредством взаимодействия электромагнитного поля с потоками электронов, движущимися в вакууме или твердом теле. Квантовыми приборами называются приборы для генерации усиления или преобразования электромагнитных колебаний СВЧ и оптического диапазона посредством взаимодействия электромагнитного поля с атомами, молекулами или ионами вещества. В квантовых приборах происходит передача СВЧ полю внутренней энергии атомов, молекул или ионов. Электронные и квантовые приборы СВЧ несмотря на свою молодость – история развития насчитывает соответственно около 50 и 35 лет – нашли широкое применений в радиолокационной технике и технике связи. Эти приборы работают в телевизионных передатчиках, в передатчиках и приемниках радиорелейных линий связи, в спутниковых системах связи и телевидения. Примеры (пунктиром обведена СВЧ часть): Структурная схема передатчика радиорелейной связи:
КГ – кварц. генератор; УЧ – умножитель частоты; СМ – смеситель, М – модулятор, ППФ – полосно-пропускающий фильтр; УМ – усилитель мощности Структурная схема передатчика для спутниковой связи: ЧМ – частотный модулятор; Г – гетеродин; стрелочки – вентили. fr>>F; fвых=fr+F; Pвых=1÷10кВт Модули для активных фазивных антенных решеток: ФВ – фазовращатель (изменяет фазу сигнала), МШУ – малошумящий усилитель Схема подвижной системы радоисвязи: fпр=|fc-fr1| Т – телефон, М – микрофон, ДМ – демодулятор, ОИ – обраб. информации, ПР – процессор, СЧ – синтезатор частоты, ФС – формирователь сигнала, Д – дуплексор (фильтр), УПЧ – усилитель промежуточной частоты, ПР – преобразователь. Любой передатчик содержит УМ, который определяет его выходную мощность (требования – хороший коэф. усиления и КПД). Любой приемник содержит МШУ (требования – наименьший коэффициент шума)
|
3 Классификация активных приборов СВЧ
Транзистор – нелинейный полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерации и преобразования эл-магнитных колебаний.
Диоды СВЧ 1. Детекторные и смесительные 2. Диоды Ганна 3. Лавинно-пролётные диоды 4. Управляющие диоды
|
4. Основные типы линий передачи. Линия передачи — протяжённое на всём расстоянии от точки передачи до точки приёма устройство, ограничивающее область распространения эл/м колебаний и направляющее поток эл/м энергии в заданном направлениии. Термин употребляется в технике сверхвысоких частот. Типы линий передач Линия Губо Прямоугольный волновод Коаксиальный кабель Полосковая линия (симметричные, не симметричные) Линия Губо Линия (фидер) Губо или Гоубау линия — однопроводная линия передачи высоких частот, представляющая собой металлический проводник (как правило, круглый в сечении), окруженный слоем диэлектрика. Линия получила название по имени изобретателя, Джорджа Губо (Гоубау) Принцип работы Линия Губо работает в режиме бегущей волны. За счет того, что скорость распространения волны в диэлектрике меньше, чем в свободном пространестве, волна удерживается от распространения в окружающее пространство. Переносимая мощность оказывается сосредоточена на небольшом расстоянии от фидера (90 % мощности сосредоточено в пределах 0,7 λ).
Прямоугольный волновод (ПВ) - линия передачи СВЧ диапазона в виде металлической трубы прямоугольного сечения, заполненной однородным изотропным диэлектриком. ПВ используется в сантиметровом и верхней части миллиметрового диапазонов. Для поперечных размеров ПВ приняты следующие обозначения: a - величина широкой стенки; b - величина узкой стенки. Величины a и b принято измерять в миллиметрах. Размеры ПВ, используемых в технике СВЧ, стандартизированы. Наиболее распространенными являются сечения 23x10 мм2 и 16x8 мм2. Основными преимуществами ПВ, которые обусловливают их широкое применение в технике СВЧ, являются: полная помехозащищенность, т.к. ПВ является закрытой структурой, то внешние поля не проникают внутрь и поле распространяющейся в ПВ волны никак не влияет на окружающие объекты; малое затухание волны в ПВ; высокое значение пробивной мощности, что делает ПВ незаменимыми в качестве фидеров передающих антенн мощных передатчиков и радиолокационных станций.
Коаксиа́льный ка́бель (коаксиальная пара) — Пара, проводники которой расположены соосно и разделены изоляцией. Коаксиа́льный ка́бель, также известный как коаксиал, — электрический кабель, состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана и служащий для передачи высокочастотных сигналов. Устройство
Устройство коаксиального кабеля 1 — внутренний проводник (медная проволока), 2 — изоляция (сплошной полиэтилен), 3 — внешний проводник (оплётка из меди), 4 — оболочка (светостабилизированный полиэтилен). Коаксиальный кабель (см. рисунок) состоит из: A — оболочки (служит для изоляции и защиты от внешних воздействий) из светостабилизированного (то есть устойчивого к ультрафиолетовому излучению солнца) полиэтилена, поливинилхлорида, повива фторопластовой ленты или иного изоляционного материала; B — внешнего проводника (экрана) в виде оплетки, фольги, покрытой слоем алюминия пленки и их комбинаций, а также гофрированной трубки, повива металлических лент и др. из меди, медного или алюминиевого сплава; C — изоляции, выполненной в виде сплошного (полиэтилен, вспененный полиэтилен, сплошной фторопласт, фторопластовая лента и т. п.) или полувоздушного (кордельно-трубчатый повив, шайбы и др.) диэлектрического заполнения, обеспечивающей постоянство взаимного расположения (соосность) внутреннего и внешнего проводников; D — внутреннего проводника в виде одиночного прямолинейного (как на рисунке) или свитого в спираль провода, многожильного провода, трубки, выполняемых из меди, медного сплава, алюминиевого сплава, омеднённой стали, омедненного алюминия, посеребренной меди и т. п. Благодаря совпадению центров обоих проводников, а также определенному соотношению между диаметром центральной жилы и экрана, внутри кабеля в радиальном направлении образуется режим стоячей волны, позволяющий снизить потери электромагнитной энергии на излучение почти до нуля. В то же время экран обеспечивает защиту от внешних эл/м помех. Полосковая линия — линия передачи СВЧ, представляет собой радиоволновод для передачи эл/м волн в воздушной или иной диэлектрической среде вдоль двух или нескольких проводников, имеющих форму тонких полосок и пластин. Различают типы полосковых линий симметричные (распространяются электромагнитные волны типа ТЕМ) несимметричные линии или микрополосковые (распространяются электромагнитные волны типа квази-ТЕМ). Микрополосковая линия — несимметричная полосковая линия передачи СВЧ, для передачи эл/м волн в воздушной или, как правило, в диэлектрической среде, вдоль двух или нескольких проводников, имеющих форму тонких полосок и пластин. В микрополосковой линии распространяется волна квази-ТЕМ и силовые линии электрического поля проходят не только в диэлектрике, но и вне его. Основным достоинством микрополосковой линии и различных устройств на её основе считается возможность автоматизации производства с применением технологий изготовления печатных плат, гибридных и плёночных интегральных микросхем. Основной недостаток, ограничивающий применение, — возможность применения только при малых и средних уровнях мощности СВЧ колебаний. |
|
5. Реализация пассивных элементов, выполненных на короткозамкнутых и разомкнутых линиях Разомкнутая линияВ этом случае ток, протекающий через нагрузку равен нулю (IН = 0) Замкнутая линияВ этом случае напряжение на нагрузке равно нулю (UН = 0) С википедии: Ёмкостная нагрузка (разомкнутая линия) Каждой емкости
C на данной частоте ω можно
поставить в соответствие отрезок
разомкнутой линии длиной меньше λЛ/4.
Емкость C имеет емкостное
сопротивление
Индуктивная нагрузка(замкнутая линия) Каждой
индуктивности L на данной частоте
ω можно поставить в соответствие
отрезок замкнутой линии длиной меньше
λЛ/4. Индуктивность L
имеет индуктивное сопротивление
iXЛ = iωL. Приравняем
это сопротивление к входному
сопротивлению замкнутой линии длиной
λЛ/4: Из лекций: КЗ
Разомкнутая (ХХ)
Виды(типы?) индуктивностей: (хз надо ли про это!!!) 1.Прямоугольная плоская
2.Одновитковая катушка
3.Миандр L<<100нГн 4. Спиральная L<<100нГн. Q (Добротность)=50 Типы емкостей 1.пластинчатая С=ξS/d C≈1% 100пФ 2.гребенчатая C≈1% 100пФ 3.зазор С<1пФ Пример:
|
6. Реализация индуктивностей и емкостей, выполненных на полосковых линиях Полосковая линия — линия передачи СВЧ, представляет собой радиоволновод для передачи электромагнитных волн в воздушной или иной диэлектрической среде вдоль двух или нескольких проводников, имеющих форму тонких полосок и пластин. Типы: симметричные (распространяются эл-магн. волны типа ТЕМ), несимметричные или микрополосковые (распространяются эл-магн. волны типа квази-ТЕМ) ТЕМ
Волновод Типы: ТЕ10, Н10
Несимметричная микрополосковая линия Квази-ТЕМ
t- толщина проводящего слоя, ξ – диэлектрическая проницаемость
Виды(типы?) индуктивностей(хз надо ли про это!!!) 1.Прямоугольная плоская
2.Одновитковая катушка
3.Миандр L<<100нГн 4. Спиральная L<<100нГн. Q (Добротность)=50 Типы емкостей 1.пластинчатая С=ξS/d C≈1% 100пФ 2.гребенчатая C≈1% 100пФ 3.зазор С<1пФ :
|
7. Усилители мощности на транзисторах. Структурная схема.
Транзистор преобразует энергию постоянного эл. поля в эл. колебания ЦС1 – преобразует сопротивление генератора во входное сопротивление транзистора. ВЦС – преобразует оптимальное выходное сопротивление транзистора и сопротивление нагрузки. Цепь питания содержит источник питания и блокировочные элементы Цепь смещения содержит источник смещения и блокир. эл-ты Основные параметры и характеристики усилителя мощности:
Амплитудные характеристики:
ТК
|
8. Основные параметры и характеристики усилителей мощности. УМ – один из основных каскадов радиопередатчика; он предназначен для усиления мощ-ти высокочастотных эл-магн. колебаний, возбуждаемых в задающем автогенераторе, путем преобразования энергии постоянного эл. поля в энергию эл-магн. колебаний. 1.Мощность
???
2. Max мощ-ть первой гармоники, отдаваемая транз-ром P1=0.5I1U1, где I1U1 – ампл. первой гарм-ки тока и напр-ия. 3. Потребляемая мощ-ть. P0=I0U0, где I0 и U0 – ток и напр-ие питания. 4. КПД транз-ра по первой гармонике η1=P1/P0 5. КПД цепи согласования (выходной) ηк=Pн/P1 6. КПД УМ η=Pн/P0= η1 ηк 7. Коэффициент усиления по мощ-ти усилителя Kp=Pн/Pвх 8. Коэфф. усиления транзистора Kp т=P1/Pвх т 9. Мощ-ть на входе транз-ра Pвх т =0,5 U1 вх т I1 вх т 10. Коэф.
ослабления побочных составляющих
11. Диапазон рабочих частот Δf=fmax- fmin 12. Амплитудные характ-ки Pн(Pвх), Kp (Pвх), η(Pвх) 13. Точка компрессии P1dB Точка, где отклонение амплитудной характеристики устройства от идеальной составляет 1 дБ, называется точкой компрессии, или однодецибельной точкой компрессии. Количественно эта точка характеризуется соответствующей величиной выходного сигнала (реже входного) и является верхней границей линейного участка амплитудной характеристики. 13. IP3 степень роста интермодуляционной состовляющей 3го порядка Интермодуляционные искажения (в целом): f2=f1+Δf fU1=2f1-f2=f1-Δf fU1=2f2-f1=f1+2Δf= f2+Δf Скорость роста интермод. искажений принято оценивать параметром IP3 – точка пересечения идеальных характ-к основного сигнала Pвых от Pвх и интермодуляционного Pид(Pвх) IP3>P1dB на 10-15 дБ. 15. Амплитудно-частотные характеристики Pн(f), Kp(f), η(f)
|
|
9 Параметры P1dB и IP3 (см 8 вопрос)тут чушь
Точка компрессии P1dB
Так как - точка амплитудной характеристике Pвых(Рвх) который коэффициент усиления меньше на 1dB коэффициент усиления идеального усилителя. IP3 (интермодуляционная составляющая 3го порядка) P[dBm] = 10lg(P(nBm)/1nBm)
Параметры IP3 – точка пересечения идеальных характеристик основного сигнала. IP3 > P1dB на 10-15 дБ |
10. Интермодуляционные искажения. Интермодуляционные искажения — нелинейные искажения, создаваемые усилительными схемами. В частотном спектре двухтонального сигнала с интермодуляционными искажениями содержатся комбинационные составляющие с частотами, являющимися суммой и разностью основных и гармонических частот входных сигналов. Например, при подаче на усилитель смеси сигналов 1 кГц и 5 кГц возникают интермодуляционные искажения: 6 кГц (сумма 1 кГц и 5 кГц) и 4 кГц (разность между 1 кГц и 5 кГц). Эти продукты интермодуляционных искажений взаимодействуют друг с другом, создавая практически бесконечный ряд частотных составляющих.
|
11. Справочные параметры биполярных транзисторов. Параметры отечественного БТ:
rб, rЭ, rК [Ом] (сопротивления: база, эмиттер, коллектор) β0, α0 (коэф. усиления по току) ВАХ (входная, выходная, переходная)
ft [Гц] – граничная частота усилителя Сэ, Ск [Ф] (ёмкость: эмиттер, коллектор) Lб, Lэ, Lк [Гн](индуктивность: база, эмиттер, коллектор)
Uбэ доп [В](напряжение база-эмиттер дополнит) Uкэ доп (напряжение коллектор-эмиттер дополнит) Ррас доп, Рвх доп [дБ](мощн: расход.и вход. дополнит)
Тр-n, Токр.ср (темпер p-n перехода, окруж. среды)
Р (мощность) Кр (коэф. усиления) η (КПД) Δfр (диапазон рабочих частот) Еп – напряжение питания Параметры зарубежных БТ:
f [Гц] (частота) VСЕ [В] (напряжение питания) Pout [дБм] (выходная мощность) G [дБ] (коэффициент усиления) ηC [%] - КПД IMB (уровень интермодуляционной составляющей)
Pout (Pin), G (Pin), η (Pin), Pout (f), G(f), η (f)
|
12. Справочные параметры полевых транзисторов. Параметры отечественных полевых транзисторов. -электронные параметры и характеристики 1 эксплуатационные fp , Pвых , Kp , Ax (АЧХ)) 2.статические (ВАХи) 3параметры экв.схемы -предельные параметры 1.Ucи 2 Uзи допуст. 3. Pрас (мощ-ть рассеивания) 4.ЗОВ потенциальное статистическое эл-ва Для зарубежных 1. f,P1db,G(db),КПД(%) 2. S – параметры 3.допустимые параметры (такие же как и у российский)АЧХ |
|
13 S-параметры транзистора S-параметры (рассеяние) — элементы матрицы рассеяния многополюсника, описывающего СВЧ-устройство.
Метод анализа линейных СВЧ устройств с помощью S-параметров
Различные типы СВЧ устройств можно описать с помощью падающих и отражённых волн, которые распространяются в подключенных к ним линиях передач. Связь между этими волнами описывается волновой матрицей рассения или матрицей S-параметров.
Свойства многополюсника описываются с помощью N уравнений, связывающих комплексные амплитуды падающих и отражённых волн.
где
a1,a2...aN - комплексные амплитуды волн, входящих в многополюсник (падающие волны);
b1,b2...bN - комплексные амплитуды волн, выходящих из многополюсника (отражённые волны);
Skk(k = 1,2,...n) - коэффициенты отражения по соответствующим входам многополюсника при подключении согласованных нагрузок, равных R0, ко всем остальным входам.
S-параметры могут быть измерены на высоких частотах с помощью векторного анализатора цепей. Калиброванные измерения S-параметров позволяют определить собственные характеристики тестируемого устройства (ТУ) не зависимо от системы анализатора цепей, на которой проводились измерения. S-параметры также популярны для определения характеристик нелинейных устройств, таких как усилители и транзисторы. При этом зачастую забывается или пренебрегается тем, что S-параметры точно описывают характеристики нелинейных устройств только при воздействии сигналами низкого уровня, относительно которых поведение тестируемого устройства может быть приближено к линейным компонентам при фиксированном значении постоянного тока или статической рабочей точке. |
14. Метод угла отсечки. Определение амплитуды n-ой гармоники коллекторного тока с помощью метода угла отсечки. 1. Режим без отсечки: Формы выходного тока повторяет форму входного напряжения 2. Режим с отсечкой: Не повторяет форму. Под углом отсечки понимают половину фазового угла, в течение которого через транзистор протекает ток. Θ – угол отсечки. От 0 до 180. Режимы: A, когда Θ=180˚ линейный AB, когда 90˚<Θ<180˚ квазилинейный B, когда Θ=90˚ нелинейный C, когда Θ<90˚ сильно нелинейный Функция тока
|
15 Биполярный транзистор. Структура транзистора. Время задержки сигнала в биполярном транзисторе СВЧ диапозона
тау эк – время задержки между эмиттером и коллетором. τэк=τэ+ τэб+ τбк+ τб+ τк τэ, τб, τк связаны с переносом и пролетом носителей в структуре τэб, τбк – связаны с зарядом и разрядом емкостей эмиттер и коллект. Переходов 1)τэ- время накопления неосновных носителей в эмиттере.
Хэб – расстояние от поверхн. тр-ра до металлургической границы эмиттерного перехода, Dрэ – коэф. дифф. дырок в эмиттере. Бетта0 – коэф. усиления по постоянному току тр-ра, включенного в схему с общим эмиттером. 2) τб – время пролета неосн. носителей через базу
W – ширина базы, n – коэф.зависит от распределения примесей в базе, Dпб – коэф. диффузии электронов в базе 3) τк – время задержки носителей в объединенном слое коллектора.
Wэпит – ширина эпитоксиального слоя, в СВЧ равен ширине объед. слоя, Vs – скорость насыщения носителей (постоянная скорость насыщения движутся из коллектора) 4) τэб – время заряда емкости эмиттерного перехода
Сэ – емкость эмиттера, ро бетта – сопротивление рекомбинации, фи т – темп. Потенциал, Iэ – ток эмиттера. 5) τбк – время заряда емкости коллекторного перехода
Ск – емкость коллектора, rэ – сопротивление эмиттера, rк – cопротивление коллектора Наиб задержка τэб τб τк
|
16. Полевой транзистор. Структура транзистора. Принцип работы. Граничная частота транзистора. Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного тока электрического поля, создаваемого входным сигналом. Протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), поэтому такие приборы часто включают в более широкий класс униполярных электронных приборов (в отличие от биполярных).
При подаче на сток напряжения полодительной полярности, через транзистор будет протекать электронный ток. Ток протекает от истока к стоку через канал, располож. под объединенной областью. Объед. область образуется под металлич. затвором. Ширину канала можно менять, изменяя напр-ие на затворе. При изменении ширины канала, изменяется его сопротивление, а следовательно меняется и величина тока, протекающего через канал. СВЧ свойства тр-ра определяются частотой. ft=1\тау; тау=Lэфф\V; Lэфф=1.2L Среди многочисленных разновидностей полевых транзисторов возможно выделить два основных класса: полевые транзисторы с затвором в виде pn перехода и полевые транзисторы с затвором, изолированным от рабочего полупроводникового объема диэлектриком. Приборы этого класса часто также называют МДП транзисторами (от словосочетания металл - диэлектрик - полупроводник) и МОП транзисторами (от словосочетания металл - окисел - полупроводник), поскольку в качестве диэлектрика чаще всего используется окись кремния.
|
|
17. Эквивалентная схема биполярного транзистора на СВЧ. Эквивалентная схема БТ СВЧ-транзистора может быть представлена в виде пассивных элементов и генератора коллекторного тока iК. Генератор коллекторного тока определяет активные свойства транзистора. Величина этого тока зависит от мгновенных значений UБЭ, UКЭ. Сопротивления rб, rЭ, rК учитывают потери в базе, эмиттере и коллекторе. Индуктивности Lб, Lэ, Lк – индуктивности соответствующих выводов. Ёмкость Сэ связана с закрытым p-n переходом (баоьерная ёмкость). Цепочка rβ и Сдиф определяет открытый p-n переход. rβ СКА – ёмкость активной части коллекторного перехода, (находится под эмиттером). СКП – ёмкость пассивной части коллекторного перех.
|
18. Эквивалентная схема полевого транзистора на СВЧ.
LИ, LC, LЗ – индуктивности выводов истока, стока, затвора RЗ – сопротивление потерь в металлическом контакте затвора rC, ri – сопротивление потери неуправляемых участков канала со стороны стока и истока СИЗ – ёмкости обедненных областей со стороны истока и затвора ССИ – ескость между контактами сток-исток RКАН – сопротивление управляемой части канала iC = f (Uy) CИЗ = f1 (Uy) RКАН = f2 (Uy)
Uy Uy<Uотс Нелинейные: ic=f(Uy), Cиз=f(Uy), Rкан=f(Uy). Lз, Lи, Lс – инд-ти выводов затвора, истока, стока. rз – сопр-ие потерь в металлическом контакте затвора rc, rи – потери неуправляемых участков канала со стороны стока и истока Сиз, Ссз – емкости объединенных областей со сторо стока и истока Rкан – сопротивление управляемой части канала Сси – емкость между контактами сток-исток Ic(Uу) – генератор тока стока, зависит от управляющего напряжения.
С0 – емкость перекрытого канала, Uyo – напряжение, соотв. Емкости С0
|
19. Цепи смещения. Организация цепи смещения. Для того, чтобы тра-р работал в оптимальном режиме, необходимо обеспечить определенное напряжение питания и смещения. Устанавливают со стороны входа транзистора.
3. упрощенная схема автосмещения
4. схема смещения током эмиттера(в автогенераторах)
5. смещение с помощью резистивного делителя
|
20. Цепи питания Для того, чтобы транзистор работал в оптимальном режиме, необходимо обеспечить определенное напряжение питания. Организация цепей питания: Функциональная схема: СЦвых – согласующая цепь. Цепь питания содержит источник постоянного напряжения и блокировочные эл-ты. Представленная схема – это параллельная цепь питания. Блокировочные эл-ты исключают потери мощности высокой частоты в источнике питания и устраняют нежелательную связь между каскадами передатчика через источник питания. Ср – разделительная емкость нужна для развязки по постоянному току активных элементов данного и последующего каскада. Rк – сопротивление нагрузки, пересчитанное к выходу транзистора.
Ср ≈ Сбл
|
|
21 Реализация цепей смещения и цепей питания на СВЧ (см вопросы 19 и 20, продолжение тут) Пример смещения с помощью резистивного делителя
|
22. Г-образная согласующая цепь.
R’/R = Q2+1 Х’/Х = 1/Q2+1, где Q = Х/R = R’/X’ – добротность последовательной или эквивалентной ей параллельной цепочки.
|
23. Инвертирующие и трансформирующие цепи согласования. Для реализации оптимального режима к выходу активного элемента следует подключить некоторое сопротивление нагрузки Zн opt, которое отличается от нагрузки Zн. Поэтому между выходом активного элемента и сопротивлением Zн включают дополнительную цепь – цепь согласования. Задача этой цепи – преобразование Zн в Zн opt. То же самое и во входной цепи. Цепь согласования выполняет фильтрацию гармоник.
Инвертирующие цепи. Особенности ИЦ: входное сопротивление изменяется обратно пропорционально сопротивлению нагрузки; знаки ХВХ и ХН противоположны, н-р индуктивное сопротивление нагрузки преобразуется в ёмкостное входное сопротивление; активное сопротивление преобразуется в активное же сопротивление.
Примером ИЦ
является Г-образный согласующий
четырехполюсник при Q
R’/R = Q2+1 Х’/Х = 1/Q2+1, где Q = Х/R = R’/X’ – добротность последовательной или эквивалентной ей параллельной цепочки.
Более сложные инвертирующие цепи – П и Т-цепи:
х1 = х2
= -х3 =
Т-цепь
П-цепь
Трансформирующие цепи. Особенности
ТЦ: входное сопротивление изменяется
пропорционально изменению сопротивления
нагрузки; знак мнимой части
Примером ТЦ может быть каскадное соединение двух Г-образных четырехполюсников. n>1
(1+1/n)х1 = -х2 = (n+1)х3 = -nх4
|
24.Реализация цепей согласования(см 23 вопрос, +дополнение) Примеры реализации цепей согласования на СВЧ (трансформаторы сопротивления) -одношлейфный и четвертьволновый тр-ры одношлейфный
1.выбираем точку подключения шлейфа
Четвертьволновый
|
|
25. Квадратурный мост. Мостовые устройства (МУ) служат для сложения колебаний. Существуют синфазные и квадратурные МУ. Синфазные складывают колебания в фазе, квадратурные в квадратуре. Структурная схема квадратурного моста.
Данная схема будет складывать мощности сигнала и обеспечивать развязки генераторов, если напряжение сигналов сдвинуты на 90 градусов по фазе, а сопротивления находятся в соответствии
Мост содержит два продольных 4-х полюсника которые обеспечивают изменение фазы на 90 градусов и имеют коэффициент трансформации равный 1. Примеры мостовых устройств. Квадратурный мост на сосредоточенных элементах.
Схема на распределенных элементах.
|
26. Синфазный мост Мостовые устройства служат для сложения колебаний. Бывают синфазными (складывают колебания в фазе) и квадратурные (складывают колебания в квадратуре). Структурная схема синфазного моста: Схема содержит два синфазных генератора U1 и U2, два балластных сопротивления, два одинаковых четырехполюсника, включенных по схеме звезда. 4хполюсники осуществляют сдвиг сигнала по фазе на 90˚ и трансформацию Rвх в 2Rн. Токи генераторов суммируются в нагрузке Rн. Для эффективного суммирования соотношение между сопротивлениями должно быть: Rб1= Rб2= Rвх1= Rвх2=R=Rн Если сопр-ия Rвх и Rн резистивные, то в качестве 4хполюсника можно использовать Т- и П-образные цепи или четырехволновые линии. Пример синфазного моста на сосредоточенных элементах (П-образн.)
Пример синфазного моста на отрезках длинных линий
R=Rн
|
27 Лавинно-пролетные диоды. Принцип работы ЛПД Принцип работы основан на двух процессах: лавинном пробое и пролете носителей через объединенную область. Возможная структура:
Eпр – напряженность пробоя.
Приложим к диоду обратное напряжение и будем его увеличивать до тех пор, пока не наступит электрический пробой. Пробой наступает при напряжении равном напряжению пробоя, что соответственно равно напряженности пробоя. Если E>Eпр, то в структуре лавинообразно образуются электроны и дырки. Лавинообразный процесс локализован в узкой области диода, кот. называется областью умножения. С течением времени под действием эл. поля дырки уходя в p+ контакт, а электроны двигаются к n+ контакту через пролетную область с постоянной скоростью, равной скорости насыщения Vs При переменном напряжении:
iм – конц-ция носителей
|
28. Эквивалентная схема ЛПД Эквивалентная схема ЛПД, учитывающая реактивные параметры корпуса и выводов, Здесь Сп – емкость патрона диода; Rs – сопротивление контактов; Lв – индуктивность вывода. Обычно в диапазоне рабочих частот реактивное сопротивление p – n - перехода имеет емкостной характер и определяется емкостью диодной структуры. При малых значениях индуктивности выводов Lв суммарное сопротивление ЛПД также имеет емкостной характер.
rs – сопротивление потерь. Ga на частоте генерации пролетная область эквивалентна отрицательной проводимости. Ее величина зависит от режима работы диода |Ga|=(Rн=rs)Wпр2Спр2
m –коэф. зависит от материала (7 или 5). tл – время процесса лавинообразования. Диапазон частот 1...150ГГц
Топология ГЛПД Генератор на ЛПД представляет собой комбинацию собственно диода и колебательного контура. Диод включен в разрыве центрального проводника коаксиальной линии, замкнутой на одном конце и имеющей согласованную нагрузку на другом. Через окно связи коаксиальная линия связана с проходным волноводным резонатором, ограниченным с другой стороны индуктивной диафрагмой, связывающей резонатор с выходной линией. Резонатор может перестраиваться по частоте за счет введения в него диэлектрического стержня.
|
|
29. Диоды Ганна. Принцип работы. Генератор на диоде Ганна. Диодом Ганна называют прибор, работа которого основана на эффекте Ганна. В свою очередь эф. Ганна заключается в появлении произвольных эл-магн. колебаний в диоде, состоящем из полупроводника, заключенного между металл. контактами. При приложении к этим контактам некоторого напр. U >Uкр (критического). Диоды делают из материала типа GaAs.
В GaAs, фосфиде индия сущ-ет интервал напряженностей эл. Поля (E), в котором ток убывает с ростом напр-ти, т.е dI\dE отрицательна. В этом смысле говорят об отрицательной дифференц. проводимости диода, именно она явл. причиной эфф. Ганна. ВАХ
i
= qenV
= qen V=
E = U/L E
> Ep ->
Эквивалентная схема генератора на диоде Ганна
СДИН
= (3-5)Сд, Сд =
Rн
= (20 Bн
= 1/(j Δfp(резонансн. частота) примерно равна 40% fпр
1 – диод, 2 – резонатор, 3,4 – согласующие элементы
|
30. pin диоды. Эквивалентная схема. Области применения и характеристики. PIN-диод — разновидность диода, в котором между областями электронной (n) и дырочной (p) проводимости находится собственный (нелегированный полупроводник (i-область). p и n области как правило легируются сильно, так как они часто используются для омического контакта к металлу. Широкая нелегированная i-область делает pin-диод плохим выпрямителем (обычное применение для диода), но с другой стороны это позволяет использовать его в аттенюаторах (ослабителях сигнала), быстрых переключателях, фотодетекторах, а также в высоковольтной электронике. Принцип работы Характерные качества pin-диода проявляются при работе в режиме сильной инжекции, когда i-область заполняется носителями заряда из сильнолегированных n+ и p+ областей, к которым прикладывается прямое смещение напряжения. Диод начинает пропускать ток, как только заполнится носителями заряда i-область. Из-за того, что в i-области очень низкая концентрация носителей заряда, там практически отсутствуют процессы рекомбинации во время инжекции. Но в режиме прямого смещения концентрация носителей заряда на несколько порядков превышает собственную концентрацию.
Толщина 3 rПР
rОБР = riwi / Si, wi – ширина i-слоя, Si – площадь диода rОБР
Характеристики На низких частотах для pin-диода справедливы те же уравнения, что и для обычного. На высоких частотах pin-диод ведет себя как практически идеальный резистор — его ВАХ линейна даже для очень большого значения напряжения. На высоких частотах в i-области находится большое количество накопленного заряда, который позволяет диоду работать. На низких частотах заряд в i-области рекомбинирует и диод выключается. Высокочастотное сопротивление обратно пропорционально постоянному току, протекающему через pin-диод. Таким образом, можно варьировать значение сопротивления в широких пределах — от 0.1 Ом до 10КОм — меняя постоянную составляющую тока. Большая ширина i-области также означает, что pin-диод имеет небольшую ёмкость при обратном смещении. Области пространственного заряда (ОПЗ) в pin-диоде практически полностью находятся в i-области. По сравнению с обычными, pin-диод имеет значительно большую ОПЗ, границы которой незначительно меняются в зависимости от приложенного обратного напряжения. Таким образом увеличивается объем полупроводника, где могут быть образованы электронно-дырочные пары под воздействием излучения (н-р, оптического — фотона). Некоторые фотодетекторы, такие как pin-фотодиоды и фототранзисторы (в которых переход база-коллектор является pin-диодом), используют pin-переход для реализации функции детектирования. При проектировании pin-диода приходится искать компромисс: с одной стороны, увеличивая величину i-области (а соответственно и количество накопленного заряда) можно добиться резистивного поведения диода на более низких частотах, но с другой стороны, при этом для рекомбинации заряда и перехода в закрытое состояние потребуется большее время. Поэтому, как правило, pin-диоды каждый раз проектируются под конкретное приложение. Применение pin-диоды как правило используются как переключатели в радио- и СВЧ трактах, аттенюаторы и фотодетекторы. По области применения pin-диоды подразделяют на: - смесительные; - детекторные; - параметрические; - переключательные и ограничительные; - умножительные и настроечные; - генераторные. Радиочастотные (РЧ) и СВЧ-переключатели При нулевом или обратном смещении pin-диод имеет низкую ёмкость. Ёмкость малой величины не пропускает высокочастотный сигнал. При прямом смещении и токе 1мА типичный pin-диод имеет сопротивление порядка 1 Ом, что делает его хорошим проводником в РЧ-тракте. Таким образом, pin-диод может использоваться в качестве хорошего РЧ- и СВЧ-переключателя. РЧ и СВЧ управляемые аттенюаторы Меняя ток через pin-диод можно быстро изменить активное сопротивление. На высоких частотах сопротивление pin-диода обратно пропорционально силе тока. Соответственно, pin-диод может использоваться как управляемый аттенюатор, например, в схемах амплитудных модуляторов и сдвига уровня. pin-диоды могут использоваться, например, как мостовой или шунтирующий резистор в Т-мостовой схеме аттенюатора. Ограничители pin-диоды иногда используются для защиты устройств по входам при высокочастотных измерениях. Если входной сигнал мал и находится в области допустимых значений, то pin-диод как малая ёмкость вносит минимальные искажения. При увеличении сигнала и выходе его за допустимые рамки pin-диод начинает проводить и становится резистором, шунтирующим сигнал на «землю». Фотодетекторы pin-диод может использоваться в сетевых картах и коммутаторах для волоконно-оптических кабелей. В этих приложениях pin-диод используется как фотодиод. В качестве ФД pin-диод работает при обратном смещении. При этом он закрыт и не пропускает ток (за исключением незначительного тока утечки Is). Фотон входит в i-область, порождая образование электронно-дырочных пар. Носители заряда, попадая в электрическое поле ОПЗ, начинают двигаться к высоколегированным областям, создавая электрический ток, который может быть детектирован внешней цепью. Проводимость диода зависит от длины волны, интенсивности и частоты модуляции падающего излучения. Величина обратного напряжения может достигать больших значений, при этом большее напряжение создает большее поле, которое вытягивает носители из ОПЗ i-области более быстро. Некоторые детекторы могут использовать эффект лавинного умножения носителей заряда. |
31. Варакторы и варикапы. Эквивалентная схема варактора. Варакторный умножитель частоты. Варикапы и варакторы – полупроводниувые диоды с p-n переходом, величина емкости которых зависит от приложенного напряжения. Данные диоды – управляющие, реактивные т.к. они изменяют свое реактивное сопротивление при изменения приложенного напряжения. Варикапы используют в режиме управляемой емкости, когда значение емкости изменяется при изменении постоянного напряжения. Их применяют при при создании контуров с переменым резонансным напряжением. Варакторы используют в режиме нелинейной емкости, в этом случае емкость изменяется при изменении значений напряжения. Используются в умножителях частоты . Электрические характеристики управляемой емкости:
n - показатель, зависит от вида распределения примисей вблизи p-n перехода Эквивалентная схема диода:
Справочные параметры диода: -номинальная емкость диода -барьерная емкость диода при обратном справочном напряжении Uспр -добротность(определяет потери диода)
-граничная
частота
-время
жизни носителей
-максимальное напряжение Uдоп -допустимая мощность рассеяния Pрасдоп Упрощенный анализ работы варактора.
|
32. Принцип работы ЛБВ. Условие синхронизма. Роль замедляющей структуры. Лампа бегущей волны (ЛБВ) — электровакуумный прибор, в котором для генерирования и/или усиления электромагнитных колебаний СВЧ используется взаимодействие бегущей электромагнитной волны и электронного потока, движущихся в одном направлении. Принцип работы: обмен энергией электронов с полем происходит за счет продольной составляющей электр. поля Ez
При попадании эл-нов в положительную полуволну поля скорость эл-нов возрастает, а в отрицательную – падает. Таким образом, кол-во электронов в ускоряющем поле меньше кол-ва эл-нов в тормозящем поле, т.е. происходит модуляция электронов по плотности. В ускоряющем поле эл-н отбирает энергию у волны и опережает ее, в тормозящем поле эл-н отдает энергию волне и отстает от нее. Vэф≈1,1 Структура ЛБВ типа О(еще бывает типа М) 1-катод, 2-система ускоряющих электродов, 3 – замедляющая система, 4- коллектор. Из лекций: Первоначальное ускорение эл-нов и формирование электронного потока осущ-ся при помощи электронной пушки, которая состоит из катода(1) и фокусирующих электродов(2). Электронный поток направляется внутрь замедляющей системы (3), на вход которой подается управляющий СВЧ-сигнал. Во время синхронного движения электронного потока и волны происходит модуляция электронов по скорости и плотности. Мощность волны нарастает по мере движения эл. потока от входа к выходу. Отработанный электронный поток собирается коллектором (4). Пояснение из источников: Усиление СВЧ колебаний в ЛБВ происходит след. образом. Ускоренные в электронной пушке эл-ны влетают в пространство взаимодействия замедляющей системы. В это же пространство через ввод энергии подаются усиливаемые СВЧ колебания. Благодаря определённой конфигурации металлич. элементов замедляющей системы электрич. поле волны в пространстве взаимодействия имеет составляющую, направленную вдоль оси прибора, с к-рой и происходит взаимодействие эл-нов. В замедляющей системе фазовая скорость эл.-магн. волны понижается до скорости, близкой к продольной скорости эл-нов, что позволяет осуществить синхронизм электронов и волн. Выполнение условия синхронизма — одна из отличит, особенностей ЛБВ. В результате взаимодействия с электрич. полем бегущей волны эл-ны тормозятся или ускоряются — в зависимости от фазы электрич. поля. При этом происходит модуляция электронного потока по плотности: образование сгустков, сопровождающееся возбуждением в замедляющей системе эл.-магн. поля, тормозящего эл-ны в сгустке. При торможении эл-ны отдают свою энергию, увеличивая энергию поля волны, т. е. усиливая входной сигнал. Если ср. скорость эл-нов несколько превышает скорость распространения волны, то фаза возбуждаемого сгустками поля близка к фазе поля волны в замедляющей системе и усиление больше, чем при точном синхронизме эл-нов и волны. Характеристики: Pвых единица мВт, Δf\f десятки %, Kp 30-60 дБ, КПД десятки %, Kш (коэф. шума) 5-10 дБ при охлаждении 1-2 дБ в см и мм диапазоне.
|
|
33. Устройство ЛБВ. Принцип работы ЛБВ. Характеристики ЛБВ Устройство и принцип действия Устройство ЛБВ типа О Принцип действия ламп бегущей волны (ЛБВ) основан на механизме длительного взаимодействия электронного потока с полем бегущей электромагнитной волны. На рисунке схематично представлено устройство ЛБВ. Электронная пушка формирует электронный пучок с определенным сечением и интенсивностью. Скорость электронов определяется ускоряющим напряжением. С помощью фокусирующей системы, создающей продольное магнитное поле, обеспечивается необходимое поперечное сечение пучка на всем пути вдоль замедляющей системы. В ЛБВ электронная пушка, спиральная замедляющая система и коллектор размещаются в металлостеклянном или металлическом баллоне, а фокусирующий соленоид располагается снаружи. Спираль крепится между диэлектрическими стержнями, которые должны обладать малыми потерями на СВЧ и хорошей теплопроводностью. Последнее требование важно для ламп средней и большой выходной мощности, когда спираль нагревается из-за оседания электронов и нужно отводить это тепло, чтобы не было прогорания спирали.
На входе и выходе замедляющей системы есть специальные устройства для согласования ее с линиями передачи. Последние могут быть либо волноводными, либо коаксиальными. На вход поступает СВЧ сигнал, который усиливается в приборе и с выхода передается в нагрузку. Трудно получить хорошее согласование во всей полосе усиления лампы. Поэтому есть опасность возникновения внутренней обратной связи из-за отражения электромагнитной волны на концах замедляющей системы, при этом ЛБВ может перестать выполнять свои функции усилителя. Для устранения самовозбуждения вводится поглотитель, который может быть выполнен в виде стержня из поглощающей керамики или в виде поглощающих плёнок. Параметры и характеристики Параметр усиления Параметр усиления — безразмерный коэффициент:
, где RCB — сопротивление связи, I0 — ток катода и U0 — потенциал последнего анода электронной пушки ЛБВ. Значения С составляют ~0,1—0,01. Коэффициент усиления Коэффициент усиления ЛБВ в линейном режиме прямо пропорционален параметру C. Реально достижимое значение коэффициента усиления ЛБВО средней и большой мощности составляет 25-40 дБ, то есть несколько ниже, чем у многорезонаторных клистронов (60 дБ). В маломощных ЛБВО коэффициент усиления может достигать 60 дБ. Диапазон частот Особенно ценным свойством ЛБВ является их широкополосность. Коэффициент усиления ЛБВ при неизменном ускоряющем напряжении может оставаться почти неизменным в широкой полосе частот — порядка 20 — 50 % от средней частоты. В этом отношении ЛБВ значительно превосходят усилительные клистроны, которые могут обеспечивать весьма высокое усиление, но имеют значительно более узкую полосу частот. Выходная мощность В зависимости от назначения ЛБВ выпускаются на выходные мощности от долей мВт (входные маломощные и малошумящие ЛБВ в усилителях СВЧ) до десятков кВт (выходные мощные ЛБВ в передающих устройствах СВЧ) в непрерывном режиме и до нескольких МВт в импульсном режиме работы. В ЛБВО малой и средней мощности применяют спиральные замедляющие системы, в мощных ЛБВО — цепочки связанных резонаторов. КПД Электроны, пролетая сквозь замедлящую систему, отдают часть своей кинетической энергии СВЧ полю, что приводит к уменьшению скорости электронов. Но при этом нарушается условие фазового синхронизма Ve ≅ Vф. Отсюда вытекает основное ограничение КПД ЛБВО, связанное с невозможностью отдачи всей кинетической энергии электронов СВЧ полю: электронные сгустки смещаются из области тормозящего поля в область ускоряющего. Нижний предел скорости электронов определяется фазовой скоростью замедленной волны. Поэтому величина КПД должна быть тем больше, чем значительнее превышение начальной скорости электронов над фазовой скоростью волны в замедляющей системе. Однако при увеличении рассинхронизма ухудшается группирование на входном участке замедляющей системы и резко уменьшается коэффициент усиления. Таким образом, требования максимального КПД и высокого коэффициента усиления в ЛБВО оказываются противоречивыми. Реальная величина КПД у ЛБВО составляет 30—40 %.
|
34. Принцип работы клистрона. Характеристики клистрона. Клистрон – электрический прибор, с кратковременным взаимодействием потока электронов с э/м волной. (электровакуумный прибор, в котором преобразование постоянного потока электронов в переменный происходит путём модуляции скоростей электронов электрическим полем СВЧ (при пролёте их сквозь зазор объёмного резонатора) и последующей группировки электронов в сгустки (из-за разности их скоростей) в пространстве дрейфа, свободном от СВЧ поля.)
1-электрическая пушка 2-входной резонатор 3-электрический поток 4-выходной резонатор 5-коллектор
Эл. пушка (1) создает равномерный поток эл-нов (3), который ускоряется потенциалом E0 и последовательно проходит через первую область взаимодействия (резонатор Р(1)) через дрейфовое пространство длиной l и вторую обл-ть вз-ия (резонатор 4). Перед входом в резонатор скорость электронов: V0
=
Под действием СВЧ поля ск-ть меняется и зависит от времени: V
(t) = V0 Это выражение описывает модуляцию электронов по скорости. В дрейфовос пространстве быстрые электроны догоняют медленные, в результате на выходе дрейфового пространства поток электронов будет состоять из пакетов, т.е. мы имеем модуляцию электронов по плотности Временная диаграмма:
t0 = L / V0 – среднее время пролета Пакеты эл-нов на зазорах второго рез-ра создают напряжение U2. Второй резонатор настраивается так, чтобы тормозящая фаза напряжения U2 совпала со временем пролета сгустками эл-нов второго резонатора. При торможении электроны отдают энергию эл-магнитной волне
Принцип работы(не из лекций) Электроны, эмитируемые катодом, ускоряются постоянным напряжением U0 второго электрода и попадают в узкий сеточный зазор первого резонатора, в котором имеется продольное СВЧ поле. Это поле периодически ускоряет и замедляет электроны, модулируя электронный поток по скорости. Двигаясь далее в пространстве дрейфа, электроны постепенно образуют сгустки за счёт того, что быстрые электроны догоняют медленные. Этот модулированный по плотности электронный поток попадает во второй резонатор и создает в нем наведенный ток той же частоты, что и частота входного модулирующего поля. В результате между сетками резонатора появляется высокочастотное электрическое поле, которое начинает взаимодействовать с потоком электронов. Необходимые параметры клистрона подбираются таким образом, чтобы электрическое поле второго резонатора тормозило сгустки электронной плотности и ускоряло её разряжения. В результате в среднем за период одного колебания поля тормозится большее число электронов, чем ускоряется. Кинетическая энергия электронов преобразуется в энергию СВЧ колебаний электромагнитного поля второго резонатора, а электроны, пройдя резонатор, оседают на коллекторе, рассеивая оставшуюся часть кинетической энергии в виде тепла.
Характеристики: КПД – 40% МВт дм 80% 500кВт см Pвых МВт в дц-режиме. 500 кВт в см, 20кВт в мм, коэф. усиления 50дБ
|
|
|
|
|
|
|
|
от
1 м до 1 мм. Диапазон СВЧ включает в
себя:
.
Приравняем величину этого сопротивления
к входному сопротивлению разомкнутой
линии длиной l < λЛ/4:
.Отсюда
находим длину линии , эквивалентную
по входному сопротивлению емкости
C:
.В
линии, работающей на емкость,
устанавливается режим стоячей волны.
.Отсюда
находим длину линии l, эквивалентную
по входному сопротивлению индуктивности
L:
.
;
;
;
;
;
;
L≤0.5нГн
L<<4нГн
;
;
L≤0.5нГн
L<<4нГн
- точка на амплитудной характеристике
коэфициент усиления которого меньше
на 1 dB
коэффициента усиления идеального
усилителя.
,
– ампл. тока, протек в нагрузке
,
где Ikn
– ампл. n-ой гармоники,
ik
– период
,
n=0,1,2….
, где
– нормированные коэф. ряда Фурье. А
также функции угла отсечки θ.
представляет собой отношение амплитуды
n-ой гармоники Iкn
к максимальному значению тока iкmax,
- отношение Iкn
к амплитуде косинусоиды Iк
ft~1\τэк
граничная частота
Основной
особенностью полевых транзисторов,
по сравнению с биполярными, является
их высокое входное сопротивление,
которое может достигать 109 - 1010 Ом.
Таким образом, эти приборы можно
рассматривать как управляемые
потенциалом, что позволяет на их основе
создать схемы с чрезвычайно низким
потреблением энергии в статическом
режиме. Последнее особенно существенно
для электронных статических микросхем
памяти с большим количеством запоминающих
ячеек.
Так
же как и биполярные, полевые транзисторы
могут работать в ключевом режиме,
однако падение напряжения на них во
включенном состоянии весьма значительно,
поэтому эффективность их работы в
мощных схемах меньше, чем у биполярных
приборов.
Полевые
транзисторы могут иметь как p, так и n
каналы, управление которыми осуществляется
при разной полярности на затворах.
Это свойство комплиментарности
расширяет возможности при конструировании
схем и широко используется при создании
запоминающих ячеек и цифровых схем
на основе МДП транзисторов (CMOS схемы).
Полевые
транзисторы относятся к приборам
униполярного типа, это означает, что
принцип их действия основан на дрейфе
основных носителей заряда. Последнее
обстоятельство значительно упрощает
их анализ по сравнению с биполярными
приборами, поскольку, в первом
приближении, возможно пренебречь
диффузионными токами, неосновными
носителями заряда и их рекомбинацией.
f
(UБЭ), Сдиф
f
(UБЭ)
Uотс
-
потенциал барьера
-
постоянная времени = 1.5*10-12с
,
,
,
Для
реализации оптимального режима к
выходу активного элемента следует
подключить некоторое сопротивление
нагрузки Zн opt которое отличается от
нагрузки Zн. Поэтому между выходом
активного элемента и сопротивления
Zн включают дополнительную цепь –
цепь согласования. Задача этой цепи
– преобразование Zн opt То же самое и
во входящей цепи. Согласованная цепь
выполняет фильтрацию гармоник.
;
;
;
;
;
(индуктивное сопротивление)
(сопротивление емкости) хотя бы в 10
раз!
,
Х =
L
= RQ, X’ = -
1/(
)
= -R’/C
.
,
Х =
L
= RQ, X’ = -
1/(
)
= -R’/C
=
2
/
,
где
= RВХ + jХВХ
– входное сопротив согласующей цепи
= RН + jХН
– сопротивление нагрузки
,
где -характеристическое сопротивление
согласующей цепи
совпадает со знаком мнимой части
;
при Хн = 0 мнимая часть входного
сопротивления Хвх = 0.
=
n2
,
где n – коэффициент
трансформации
;
;
–
волновое сопротивление
U/e
n – концентрация эл-нов,
V – скорость, q
- заряд
E
E – направленность, мю
- подвижность
уменьшается
S/L
30)R0,
R0 = Uкритич/iкритич
Lн)проводимость
30
мкм
1
Ом (прямого направления)
1
10
кОм
заряд
ионов примесных атомов, неэкранируемыми
носителями заряда.
;где
n=1/3
– плавный, n=1/2
– резкий, и n=3
– сверхрезкий p-n
переход.
– сопротивление
потерь
;
;
;
;
;
;
;
;
;
– граничная
частота, определяет верхнюю границу
рабочей частоты диода.
;
;
,
