УПРАВЛЯЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ ЖЕЛОБКОВОГО ВОЛНОВОДА

April 8, 2012 by admin Комментировать »

Орлов В. Е., Вениг С. Б., Усанов Д. А. Саратовский государственный университет Астраханская ул., д.83, Саратов – 410026, Россия Тел.: +7(8452) 514563; e-mail: wenigsb@info.sgu.ru

Аннотация – Рассмотрена возможность создания на основе желобкового волновода преобразователя поляризации, детектора, вентиля и аттенюатора с использованием полупроводниковых структур.

I.  Введение

Одной из перспективных линий передачи в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн считается желобковая линия. Достоинствами такой линии передачи являются: малые погонные потери; широкополосность; способность пропускать высокие уровни мощности СВЧ сигнала; возможность фильтрации паразитных волн высших типов; возможность легко включать в нее активные и управляющие твердотельные элементы, высокая степень технологичности изготовления [1,2]. Однако, практическое применение желобковых волноводов для создания приемопередающей и измерительной аппаратуры сдерживается отсутствием достаточно хорошо проработанной и исследованной гаммы активных и пассивных функциональных элементов на их основе.

Целью данной работы являлось экспериментальное исследование возможности реализации на основе желобковых волноводов преобразователя плоскости поляризации распространяющейся СВЧ волны, детектора, невзаимного устройства и амплитудного модулятора.

II.  Основная часть

В практике применения волноведущих линий при создании устройств различного функционального назначения может возникать необходимость поворота плоскости поляризации основного типа электромагнитной волны. Для желобковых волноводов, в силу особенности их конструкции, применение известного для прямоугольных волноводов решения – скрутки практически невозможно. Нами предлагается для преобразования плоскости поляризации использовать устройство, содержащее приемо-передающие рамочные элементы. Конструкция такого устройства представляет собой два перпендикулярно сориентированных относительно продольной оси желобковых волновода, между которыми установлена тонкая металлическая пластина с отверстием в центре, к которой с обеих сторон крепятся две металлические рамки, соединенные между собой через отверстие. Ориентация рамок приведена на рис.1. При этом плоскости рамочных элементов в соответствующих волноводах совпадают с направлением ориентации вектора электрического поля волны основного типа Н. В этом случае магнитные силовые линии поля волны пересекают плоскости, охватываемые контурами рамок. Магнитное поле распространяющейся в желобко- вом волноводе волны наводит в контуре приемной рамки высокочастотные токи, которые, протекая по проводнику второй рамки, возбуждают во втором волноводе электромагнитную волну.

Экспериментальные исследования параметров и характеристик предложенного преобразователя проводились в диапазоне частот 60 н- 70 ГГц. При этом в полосе частот 61,5 – 66,5 ГГц минимальное затухание составило 0,1 дБ при неравномерности характеристики не более + 0,25 дБ. Основным достоинством системы, состоящей из двух связанных рамок является то, что она имеет свойства полосового фильтра с очень малым затуханием в полосе пропускания.

Рамочный элемент был использован и при создании детектора на основе желобкового волновода. В конструкции детектора рамочный элемент связи одновременно исполнял роль контактной иглы точечного диода. Детектирующий элемент (контакт вольфрам – двухслойная кремниевая структура р – р+) помещался непосредственно в поле электромагнитной волны на короткозамыкающей пластине, расположенной на торце желобкового волновода.

Предложенная детекторная секция обеспечивала значение вольтовой чувствительности y равное 25 В/Вт, токовой чувствительности р – 0,4 МВт, при значениях КСВН 1,3 н- 2 в полосе частот 52 н- 80 ГГц. Значение пороговой СВЧ мощности при этом составило 3,386-10′9 Вт.

Одна из отличительных особенностей полупроводниковых материалов, связанная с изменением ранга тензора его электрофизических характеристик при внешнем воздействии на него, например, постоянным магнитным полем, позволяет использовать полупроводниковые структуры для создания невзаимных СВЧ устройств [2]. В работе была исследована возможность создания на основе желобкового волновода вентильного устройства. Конструкция устройства представляла собой отрезок желобкового волновода, с размещенной в центральной плоскости между желобками тонкой полупроводниковой пластины антимонида индия п – типа с концентрацией электронов 2,8-1022 м’3 и их подвижностью, равной 6,69 м2/(В-с). Полупроводниковая пластина имела трапециевидные поперечное и продольное сечения, ее толщина в среднем составляла 10-И5 мкм. Полупроводниковая пластина наклеивалась на подложку из слюды и могла с помощью микрометрического механизма перемещаться внутри желобкового волновода. Расположение полупроводниковой пластины в же- лобковом волноводе представлено на рис. 2.

Проведенные исследования показали, что оптимальные параметры пропускания и развязки обеспечиваются при размере пластины вдоль направления распространения волны порядка XJ2 и перекрытии желобка примерно на 70%.

Невзаимность распространения волны в желоб- ковом волноводе можно объяснить на основе эффекта смещения поля. При помещении тонкой полупроводниковой пластинки в поле электромагнитной волны и поперечное постоянное магнитное поле в пластинке наводится сверхвысокочастотный холлов- ский ток, который, в свою очередь, наводит вокруг пластинки сверхвысокочастотное магнитное поле. В результате сложения этого поля и поля распространяющейся по волноводу волны результирующее поле будет смещаться либо к верхнему краю желобка, либо к нижнему краю, в зависимости от направления магнитного поля или распространения волны. Если суммарное поле смещается в область расположения полупроводника, то за счет поглощения электромагнитной энергии на свободных носителях заряда то будет наблюдаться существенное затухание распространяющейся волны. В описанной выше конструкции в диапазоне частот 62-79 ГГц начальные потери устройства не превышали 4 дБ, а развязка составляла более 17 дБ при неравномерности частотной характеристики +1,5 дБ.

Управление амплитудой распространяющейся СВЧ волны можно осуществлять при использовании PIN – диодных структур типа 2А505, установленных в желобковом волноводе. На рис. 3 приведено расположение двух PIN – структур в поперечном сечении желобкового волновода. При таком расположении управляющих структур в отсутствие напряжения смещения на структурах затухание в полосе частот 67-69 ГГl< составляло 28,5 дБ.

Вносимые потери при подаче напряжения смещения 1,2 В составляли порядка 4,5 дБ.

Таким образом, показана возможность создания устройств на желобковом волноводе с использованием рамочных элементов и полупроводниковых структур для реализации функций детектирования и управления характеристиками электромагнитной волны в таком волноводе.

IV. Список литературы

[1 ] Беляков С. В., Казанцев В. И., Харитонов А. И. Желоб- ковый волновод. В 2-х кн. – М.: ЦНИИ Электроника, 1989 (Обзоры по Электронной технике. Сер. 1. Электроника СВЧ. Вып. 7(1451))

[2]  Силин Р. А., Чепурных И. П. Характеристики желобковых волноводов. Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1983. Вып. 1 (349).

[3]  Баранов Л. И., Гаманюк В. Б., Усанов Д. А. К вопросу о невзаимном распространении волны в волноводе, частично заполненным полупроводником. Радиотехника и электроника. 1973. Т.18, №1. С.73-77.

GROOVE GUIDE CONTROL ELEMENTS

Orlov V. E., Wenig S. B., Usanov D. A.

Saratov State University 83, Astrachanskya St., Saratov – 410026, Russia Phone: (8452) 514563 E-mail: wenigsb@info.sgu.ru

Abstract – The possibility of creation, polarization and amplitude control elements based on the groove guide detector is considered.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты