18.4.4. Высокочастотная мощность и кпд автогенератора на лпд

Высокочастотная мощность, отдаваемая электронами СВЧ-полю, может быть рассчитана по формуле

Эта мощность называется электронной, в отличие от выходной мощ­ности , поступающей в полезную нагрузку. Подставляя (18. 14) в последнее выражение, можно рассчитать электронную мощностьР и электронный КПД генератора на ЛПД:

(18.16)

где =– потребляемая мощность.

При оценке максимального, электронного КПД учтем, что ампли­туда СВЧ-напряжения не должна превышать напряжения пита­ния . В противном случае в положительный полупериод СВЧ-на­пряжения будет протекать прямой ток диода, что приведет к резкому падению мощности. Более строгий анализ показывает, что опти­мальное значение /0,7. При таких больших амплитудах коле­баний можно пренебречь пространственным зарядом подвижных носителей и считать >>2f(В) и /=/I.

Полагая, что в оптимальном режиме нормированная амплиту­да колебаний В = 3...4, что соответствует f(B) 1 (см. рис. 18.9), /=0,7, =0,7, согласно (18.16) получаем

(18.17)

Как видно из (18.17), возрастает при уменьшении относи­тельной ширины слоя умножения /I. Это подтверждается экспе­риментально. В настоящее время наибольшие значения КПД име­ют ЛПД с неоднородным легированием, в которых /I < 0,05.

18.5. Конструкции, параметры и применение генераторов на лпд

На рис. 18.13 схематически изображены базовые конструкции ге­нераторов на ЛПД. На рис. 18.13,а показана конструкция генераторов волноводного типа с коаксиальным резонатором. ЛПД 1 расположен в коаксиальном резонаторе 2, который перестраивается с помощью винта 4. Винт 3 служит для регулировки связи генератора с нагрузкой. Ступенчатый переход 5 является трансформатором сопротивлений. Дроссель б служит для разделения СВЧ-цепи и цепи питания.

Рисунок 18.13,б иллюстрирует другой вариант конструкции вол­новодного генератора. ЛПД 1 установлен в открытом радиальном резонаторе 2, помещенном в прямоугольном волноводе 3. Переме­щение замыкающего волновод плунжера 4 изменяет степень связи генератора с нагрузкой. Дроссель 5, как и в предыдущей конструк­ции, служит для разделения СВЧ-цепи и цепи питания.

На рис. 18.13,в показана топология генератора на микрополоско-вых линиях. Бескорпусный ЛПД 1 установлен в полосковом резона­торе 2, который связан с выходной линией через трансформирую­щую сопротивление линию 4 и блокировочный конденсатор 3. Пита­ние ЛПД подводится через контактную площадку 7, ограничитель­ный резистор б и фильтр 5, отделяющий СВЧ-цепь от цепи питания.

Остановимся на энергетических параметрах генераторов на ЛПД. Максимальная мощность непрерывных колебаний на частоте 10 ГГц близка к 10 Вт при КПД до 40 %. С ростом частоты выходная мощность уменьшается по закону, близкому к 1/f². На частоте 100 ГГц выходная мощность падает до нескольких десятков милливатт, а КПД уменьшается до 5...7 %. В импульсном режиме достигнуты значения мощности выше: в диапазоне сантиметровых волн со­ставляет 30...50 Вт, а миллиметровых – сотни милливатт.

В настоящее время генераторы на ЛПД являются самыми мощ­ными твердотельными источниками СВЧ-колебаний. В коротковол­новой части диапазона сантиметровых волн они превосходят по КПД диодные генераторы других типов и практически не уступают по этому показателю генераторам на полевом транзисторе. В милли­метровом диапазоне волн ЛПД не имеют конкурентов среди других полупроводниковых приборов по КПД и мощности.

Генераторы на ЛПД применяются в передатчиках радиорелей­ных линий связи, портативных радиолокационных станциях, систе­мах с фазированными антенными решетками, измерительной аппа­ратуре. Высокий уровень шума ЛПД позволяет использовать их для создания генераторов шума СВЧ-диапазона.

18.6. СВЧ-усилители и умножители частоты на ЛПД