Дядченко А.В., Прохоров Э.Д.

Харьковский национальный университет им. В.Н.Каразина

генератор мм-диапазона НА GAAS-диоде ГАННА с электронной перестройкой частоты

В настоящее время для создания генераторов мм-диапазона с электронной перестройкой частоты используют схемы с сосредоточенными параметрами, которые в отличие от схем с распределенными параметрами более широкополосны, имеют малые потери, малые размеры, вес и простоту конструкции.

Сравнительно новым для широкополосной электронной перестройки частоты генератора является использование согласующих цепей на основе запредельных волноводов, характеристики которых подобны характеристикам сосредоточенных цепей.

При конструировании широкополосных GaAs-генераторов с ЭПЧ для достижения более широких полос перестройки частоты необходимо уменьшать значение паразитных реактивностей как самых активных полупроводниковых приборов, так и самой схемы генератора.

Широкополосный GaAs-генератор с ЭПЧ выполнен в виде посеребренного (латунного) модуля, рабочие части которого представляют собой Т-образное соединение двух волноводов, один из которых „активный” сечением 7,2´1.8 мм² (в нем размещены диод Ганна и варактор), а второй „выходной”, сечением 3,6´1.8 мм², через который отбирается СВЧ-мощность 2-й гармоники.

GaAs-диод Ганна и варактор размещены в одной плоскости активного волновода и через разделительный конденсатор соединялись полоской связи. Полоска связи изготовлялась из посеребренной медной фольги толщиной 100 мкм и имела подстроечные элементы, изменяя которые можно подобрать оптимальную связь между диодом Ганна, варактором и активным резонатором.

Широкополосный GaAs-генератор 2-й гармоники мм-диапазона на диапазон частот 60...70 ГГц был выполнен на бескорпусных GaAs-диодах Ганна и серийном варакторе типа 3А632А.

Типичные диоды Ганна имели следующие рабочие параметры: U = 3,5...4,5 В, I = 0,5…0,8 А. GaAs-диоды Ганна, предназначенные для работы в широкополосном генераторе 2-й гармоники с ЭПЧ испытывались в стандартных измерительных волноводных трактах 8-мм диапазона: проверялось наличие генерации СВЧ-мощности в экспериментальных диодах на основной частоте генерации, измерялись уровни выходной мощности и отбирались GaAs-диоды с лучшими энергетическими и частотными параметрами.

Исследование энергетических и частотных характеристик широкополосного GaAs-генератора с ЭПЧ проводилось на измерительной установке с поперечным сечением волновода 3,6 x 1,8 мм² .

Питание широкополосного ГДГ с ЭПЧ осуществлялось от стабилизированного источника питания типа ТЕС-23 с плавной регулировкой напряжения. Варактор 3А362А- питался от ТЕС-9. Частота СВЧ-колебаний генератора измерялась с помощью частотомера Ч2-26 на диапазон частот 53…75 ГГц или панорамным измерителем Р2-69. С целью оптимизации параметров, исследование энергетических и частотных характеристик широкополосных GaAs-генераторов с ЭПЧ проводилось при разных объемах активного резонатора и разных степенях связи между варактором и диодом Ганна.

В разработанном широкополосном GaAs-генераторе с ЭПЧ 2-й гармоники исследовались следующие характеристики:

1. Зависимость выходной мощности 2-й гармоники Р₂ от обратного напряжения на варакторе U_В при фиксированном напряжении питания диода Ганна;

2. Зависимость частоты генерации 2-й гармоники от обратного напряжения на варакторе при фиксированном напряжении питания диода Ганна.

Экспериментальное исследование разработанного и созданного широкополосного GaAs-генератора 2-й гармоники с ЭПЧ показало, что этот генератор в диапазоне частот 60...70 ГГц имет диапазон перестройки частоты 9 ГГц, изменение выходной СВЧ- мощности в диапазоне перестройки частоты не превышало 3 дБ и в максимуме Р₂ достигала 10 мВт. На основной частоте генерируемая СВЧ мощность диодов Ганна составляла Р₁>20мВт.

По сравнению с ранее разработанными широкополосными коаксиально-волноводными GaAs-генераторами с механической перестройкой частоты широкополосные GaAs-генераторы с ЭПЧ имеют ширину полосы перестройка частоты в 2,5 раза меньше.

Таким образом, в зависимости от практических применений, можно с успехом использовать как широкополосные GaAs-генераторы с механической перестройкой частоты, так и широкополосные GaAs-генераторы с ЭПЧ, особенно в широкополосных системах связи, радиоастрономии, в медицине.

Литература:

1. Дослідження генераторів мм-діапазону на основі твердотілих елементів // Звіт про НДР ( заключний ). - Харківський національний університет ім. В.Н.Каразіна. – ДР № 0197U015777; Харків, 1999, 39 стор.

2. Haydl W.H. Fundamental and harmonic operation of mm-wave Gunn diodes.-Trans. on MТT-31,1983,№ 11.рр.879-889.

3. Тараненко В.П., Коцержинский Б.А., Ткаченко А.А., Мачусский Е.А. Электронная перестройка частоты твердотельных СВЧ-генераторов варакторами (обзор). -Изв.вузов СССР, Радиоэлектроника, т.19, №10, 1976.-с.5.