227

Подача питающего напряжения на диод Ганна осуществляется через внутриволноводный открытый резонатор радиального типа, связанный с многосекционным четвертьволновым фильтром, рассчитанным в описываемой конструк-

генераторов второй гармоники могут быть значительно улучшены за счет применения КЗ-поршня, построенного из четырех четвертьволновых отрезков линии передачи с различным волновым сопротивлением и рассчитанного в соответствии с теорией фильтров для соответствующего диапазона частот. Внешний вид генератора второй гармоники в сборе показан на рис.14.6. Чертеж КЗпоршня для диапазона 35 – 36 ГГц показан на рис.14.7.

14.3. Способы перестройки частоты

Частота генераторов Ганна и генераторов на ЛПД может быть перестроена в широких пределах путем изменения частоты резонатора. Таким образом, проблема перестройки генераторов сводится к проблеме частотной перестройки резонатора. В основном используются три способа такой перестройки: механический, электронный и магнитный.

Механический способ перестройки, например, с помощью перемещения короткозамыкающего поршня, широко используется в экспериментальных работах, так как с его помощью удается просто перестраивать размеры резонатора в весьма широких пределах. Резонатор также можно перестраивать, используя подстроечный винт, дополнительная индуктивность которого понижает частоту резонатора. Оба эти способа позволяют, однако, осуществить только грубую перестройку частоты. Более точной механической перестройки можно добиться, перемещая вдоль резонатора диэлектрическую шайбу. Уменьшая диэлектрическую проницаемость и толщину шайбы, можно осуществить весьма точную перестройку резонатора.

Ввиду большой инерционности механический способ перестройки неудобен для промышленных применений. Электронная перестройка свободна от этого недостатка. Наиболее известны три способа электронной перестройки: перестройка частоты с помощью изменения напряжения смещения на диоде

228

Ганна или ЛПД, с помощью варактора и с помощью p-i-n-диодов. При изменении напряжения смещения меняется эквивалентная емкость диода, помещенного в резонатор, что и приводит к изменению частоты резонатора. Изменение эквивалентной емкости в случае диода Ганна, обусловливается расширением домена с ростом поля, падением дрейфовой скорости, изменением времени переходных процессов формирования и рассасывания домена, а также изменением температурного режима диода. К настоящему времени теоретический анализ зависимости частоты генератора от смещения с учетом всех этих факторов не проведен. Экспериментально наблюдалось как увеличение, так и падение частоты с ростом напряжения смещения. Крутизна частотной перестройки при таком способе перестройки невелика и колеблется в пределах от 2 до 20 МГц/В в зависимости от параметров материала, частотного диапазона и режима работы.

Следует отметить, что исследования зависимости частоты генератора от напряжения смещения необходимы для оценки влияния на стабильность генератора паразитного изменения напряжения смещения. Кроме того, этот способ позволяет осуществить автоподстройку частоты генераторов на диоде Ганна.

Более эффективным способом электронной перестройки является перестройка с помощью варактора. Возможны два основных конструктивных способа подключения варактора: емкостной и индуктивный. При емкостном способе связи варактор помещается в тот же резонатор, в котором работает ганновский диод. При индуктивном способе связи варактор помещается в отдельный резонатор, связанный с резонатором, в котором работает активный диод, петлей связи. В этом случае степень связи определяется размером и положением петли.

Перестройка с помощью варактора нашла широкое практическое применение и в настоящее время целый ряд фирм поставляет генераторы Ганна с в а- рактором, встроенным в корпусе генератора. Обычной для серийных генераторов с варактором является перестройка частоты в пределах примерно 10 % от собственной частоты генерации. Например, удалось получить перестройку в полосе 1 ГГц при частоте генерации 13 ГГц.

В микрополосковых схемах оказывается удобным перестраивать частоту генераторов Ганна с помощью p-i-n-диодов. Этот метод основан на изменении частоты резонатора при переключении помещенного в него p-i-n-диода из высокоомного в низкоомное состояние. Достоинствами этого метода являются малая инерционность частотной перестройки, связанная с малым временем переключения p-i-n-диода (около 10–9 с) и возможность значительного изменения частоты. Важный недостаток этого способа – возможность менять частоту только дискретными ступенями.

Наиболее распространенный способ магнитной перестройки основан на том, что в качестве резонатора используется ферримагнитная сфера (обычно из железоиттриевого граната – сфера ЖИГ). Собственная частота такого резонатора равна частоте ферримагнитного резонанса ω = γН, где γ = 2,8 МГц/Гс – ги-

ромагнитное отношение. Фирмы Varian Associates и Phisical Electronics

229

Laboratories выпустили в продажу генераторы Ганна, перестраиваемые с помощью сферы ЖИГ в пределах всего 3-см диапазона (8 – 12,4 ГГц). Достоинства этого метода – высокая линейность перестройки и существенное снижение шумов благодаря весьма высокой добротности ЖИГ-резонатора.

Контрольные вопросы

1.Какие способы формирования переходов используются при изготовлении диодов?

2.Какие технологические приемы используются при изготовлении твердотельных СВЧ-генераторов?

3.Какие основные конструктивные элементы содержат диодные полупроводниковые СВЧ-генераторы в волноводном исполнении?

4.Какие основные конструктивные элементы имеют двухчастотные генераторы Ганна?

5.В чем суть механического способа частотной перестройки резонатора?

6.В чем суть электронного способа частотной перестройки резонатора?

7.В чем суть магнитного способа частотной перестройки резонатора?