IMPATT-BASED BROADBAND DIODE OSCILLATORS FEATURING ELECTRIC ММ-WAVE FREQUENCY TUNING

August 7, 2012 by admin Комментировать »

Puc. 5. Фотография генераторов Fig. 5. Photo of oscillators

III.   Заключение

В процессе работы были получено несколько А.С., идёт оформление патента, были созданы генераторы в диапазоне 30-100 ГГц, (30-40, 41-54, 55-75, 80-100) ГГц.

IV.  Список литературы

1 .А. С. № 384952 от 01.09.1986 г.

2.  А. С. №26266 от 01.10.1987 г.

3.  А. С. № 308758 от 01.02.1990 г.

Емкость полупроводниковой структуры С определялась суммой барьерной св и диффузионной

Сд емкостей.

Для вычисления величины поглощенной СВЧмощности использовалось выражение:

где Р0 ~ падающая на диод СВЧ-

Рис. 3. Эквивалентная схема ЛПД Fig. 3. IMPATT-diode equivalent scheme

мощность,коэффициент отражения

СВЧ-сигнала от диода,) коэффициент

прохождения сигнала,

комплексная проводимость диода.

Расчеты, выполненные с использованием вышеприведенной модели, показали, что при отсутствии внешнего СВЧ-сигнала ВАХ диода имеет вид, типичный для лавинно-пролетных диодов и характеризующийся резким возрастанием тока при отрицательных напряжениях смещения в области лавинного пробоя, то есть предложенная аппроксимация качественно верно описывает экспериментальную ВАХ ЛПД в отсутствии на нем внешнего СВЧ-сигнала. При увеличении уровня мощности внешнего СВЧ-сигнала наблюдалась постепенная деформация ВАХ лавиннопролетного диода, обусловленная разогревом носителей заряда и эффектом выпрямления и характеризующаяся увеличением тока, как при прямых смещениях, так и при обратных смещениях на ЛПД.

При отрицательных напряжениях смещения в области лавинного пробоя и больших положительных напряжениях величина поглощенного СВЧ-сигнала мала, а амплитуда переменного напряжения на диоде и величина продетектированного сигнала незначительны, и ВАХ диода близка к виду, характерному для отсутствия СВЧ-сигнала.

При уменьшении отрицательного напряжения смещения от -25 В до -20 В наблюдается резкое увеличение поглощенной СВЧ-мощности и амплитуды переменного СВЧ-напряжения. В этом диапазоне напряжений смещения отрицательный постоянный ток, протекающий через диод, монотонно увеличивается. Его величина определяется током инжекции в условиях разогрева электронного газа СВЧполем и величиной продетектированного сигнала. То есть, возникает область отрицательного дифференциального сопротивления.

При отрицательном напряжении смещения -15 В наблюдается второй участок резкого увеличения поглощенной СВЧ-мощности и амплитуда переменного напряжения на диоде достигает максимума. Это приводит к возникновению на ВАХ диода участка резкого возрастания тока, а ток может при этом изменять знак с отрицательного на положительный.

При напряжениях смещения близких к нулю резко увеличивается отраженный СВЧ-сигнал и уменьшается поглощенная СВЧ-мощность. При этом уменьшается дополнительная составляющая постоянного тока, обусловленная воздействием СВЧ-сигнала, вследствие уменьшения величины продетектированного сигнала. Это приводит к образованию еще одного участка отрицательного дифференциального сопротивления на ВАХ ЛПД.

Рис. 4. Расчетные ВАХ ЛПД Fig. 4. Calculated IMPATT-diode IV-curves

На рис. 4 представлены результаты расчета ВАХ ЛПД, выполненные при постоянном уровне мощности входного сигнала, равном 20.0 Вт, и различных значениях проводимости У0 ОУо=0.2 Ом-1, 2-

Уо=0.05 Ом-1, 3У0=0.02 Ом-1, 4У0=0.004 Ом-1, 5-

Уо=0.002 Ом-1). При этом установлено, что положение дополнительного участка резкого возрастания тока на ВАХ ЛПД, его крутизна и перепад тока на нем, а также величина отрицательного дифференциального сопротивлением (ОДС) Л/-типа немонотонным образом зависит от величины У0ис4).

IV.  Заключение

Теоретически описан экспериментально обнаруженный эффект возникновения в сильном СВЧ-поле области отрицательного дифференциального сопротивления Л/-типа на прямой и обратной ветвях вольтамперных характеристик лавинно-пролетных диодов. Показано, что механизм возникновения в сильном СВЧ-поле области отрицательного дифференциального сопротивления Л/-типа на прямой и обратной ветвях вольтамперных характе-ристик лавинно-пролетных диодов заключается в изменении токопереноса в диодной структуре вследствие разогрева носителей заряда полем СВЧ, изменении соотношения между отраженной и поглощенной мощностью в электродинамической системе с лавиннопролетным диодом и эффекте детектирования.

Работа поддержана в рамках программы МО РФ: «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» код проекта:

208.03.01.6          и грантом № Т02-02.3-1126 МО РФ по фундаментальным исследованиям в области технических наук.

V.  Список литературы

[\]HinesM. Е. Proc. IEEE, vol. 60, № 12, p. 1534 (1972).

[2]    Gonda             J., SchroederW. IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-25, № 5, p. 343 (1977).

[3]    Brazil               Т., Scanlan S. IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-29, № 1, p.26 (1981).

[4]    SuarezA.,        Morales J., Quere R. IEEE Microwave Guided Wave Lett., vol. 8, №1, p. 21 (1998).

[5]    Беляев           P. S., Жерновенков А. С., Залогин H. H., Мельников А. И. Радиотехника и электроника, т. 41,

№ 12, с. 1484(1996).

[6]    УсановД.         А., Скрипаль А. В., Вениг С. Б., Орлов В. Е., Угрюмова Н. В., Посадский В. Н., Клецов А. А. Известия вузов. Радиоэлектроника, т. 46, № 3, с.40 (2003).

[7]    Гринберг        Г. С., Могилевская П. Я., Хотунцев Ю. П. Радиотехника и электроника, т. 40, вып. 3, с.498 (1995).

[8]    Materka           A., Kacprzak Т. IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-33, № 2, p. 129 (1985).

[9]                Вейнгер             А. И., Парицкий Л. Г., Акопян Э. А.,

Дадамирзаев Г. ФТП, т. 9, вып. 2, с. 216 (1975).

[10]Sa/> С. Т., Noyse R. N., Shockley W. Proc. IRE, vol. 45, N9, p.1228 (1957).

THE INITIATION MECHANISM OF A/-TYPE NEGATIVE DIFFERENTIAL RESISTANCE AREAS ON THE IV-CURVES OF IMPATTDIODE IN STRONG MICROWAVE FIELD

Usanov D. A., Skripal A. V., Abramov A. V., Kletsov A. A.

N.G. Chernyshevsky Saratov State University Moscovskaya street, 155, Saratov 410026, Russia

Ph. (8452) 514563; e-mail: usanovda@info.sgu.ru

Abstract The initiation mechanism of /V-type negative differential resistance areas on the IV-curves of IMPATT-diode in strong microwave field had been described.

I.  Introduction

At the influence of an external microwave signal on the IMPATT-diode the initiation of complicated dynamic modes can occur [1-6]. It was found experimentally that under the influence of the intensive microwave signal the qualitative change of stationary current-voltage characteristic is possible. The change is the initiation of /V-type negative differential resistance areas on direct and reverse branches of the IMAPTT-diodes IVcurves. To determine the mechanism of this phenomenon the experimental investigations and mathematical simulation were carried out; their results are presented in this work.

II.  Experiment

The IMPATT-diode 2A706 was placed in microstrip (see Fig. 1). At the power of an external microwave signal more than ~1.0 W the additional area of the abrupt current growth arose in the range of bias from -15 to -5 V (see arrow in Fig. 2). At the external signal power of ~5.0W on the left and on the right from that area the areas of negative differential resistance arose on the diode current-voltage characteristic (Fig.2). When the external microwave signal was switched off, the diode current-voltage characteristics took the form typical for the IMPATT diodes without microwave signal.

III.  Theory

For the mathematical simulation the equivalent scheme shown in Fig. 3 were used as well as expressions for currents which flow through p-n-junctions obtained taking into account the charge carriers heating [9] and generation-recombination processes in the volume charge [10].

Calculation showed that without an external microwave signal the diode IV-curve looks like the typical IMPATT-diode current-voltage characteristics. Hence the offered approximation qualitatively right describes the experimental IMPATT-diode IVcurve. When the power of the external microwave field grew up, the gradual deformation of the diode IV-curve at the direct and reverse bias was observed.

At negative bias in avalanche region and at big positive bias the diode IV-curve is similar to the one without microwave signal. When negative bias decreases from -25 down to -20 V the abrupt growth of the absorbed microwave power and the amplitude of the microwave voltage is observed. In this bias range the negative current grows monotonously, i.e. there is an area of the negative differential resistance.

At the negative bias about -15 V the second area of the abrupt growth of the absorbed microwave power is observed, and the amplitude of the microwave voltage on the diode reaches its maximum. It results in the abrupt growth of the current through diode, and this current can change its sign from negative to positive.

At the bias about the zero the microwave signal, the reflected from the diode, grows abruptly, and the absorbed microwave power decreases. At that the additional current component, caused by the microwave signal, decreases due to the decrease of the detected signal. It results in arising of the another area of the negative differential resistance on the IMAPTT-diode IVcurve.

IV.  Conclusion

The experimentally founded effect of initiation mechanism of/V-type negative differential resistance areas on the IV-curves of IMPATT-diode in strong microwave field had been described theoretically. It was shown that the initiation mechanism of Ntype negative differential resistance areas lies in the changes of the current transport in the diode structure due to the charge carriers heating, the changes of the ratio between reflected and absorbed microwave power in the electrodynamic system with the IMPATT-diode, and the detector effect.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

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