СВЧ модулятор на p-i-n-диоде

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА В г. ТАГАНРОГЕ

Лабораторная работа

по курсу УГиФСССПО

«СВЧ модулятор на p-i-n-диоде»

Выполнили:

Проверил:

Демьяненко А. В.

Таганрог 2008

Цель работы: закрепить знания и навыки использования p-i-n-диодов для модуляции и управления уровнем мощности в трактах передающих устройств СВЧ.

Внешняя модуляция с помощью управляемых диодных аттенюаторов.

Модулирующие устройства типа диодных управляемых аттенюаторов относятся к классу устройств внешней модуляции, т. е. к устройствам, осуществляющим модуляцию вне какого-либо из каскадов РПУ. Основным их преимуществом является то, что они не нарушают режимов работы других каскадов и позволяют держать последние в условиях, наиболее выгодных в энергетическом отношении. Управляемые диодные аттенюаторы наибольшее распространение получили в диапазонах СВЧ при реализации широкодиапазонных модулирующих устройств.

В управляемых устройствах СВЧ диапазона (аттенюаторах, модуляторах, фазовращателях) применяются разнообразные полупроводниковые диоды, но наибольшее распространение получил р-i-n-диод. Конструкция p-i-n-диода приспособлена для применения в полосковых, коаксиальных и волноводных устройствах, p-i-n-диод представляет трёхслойную структуру, состоящую из двух низкоомных (сильнолегированных) областей р и п и расположенного между ними слоя высокоомного (слаболегированного) полупроводника р или п типа. Этот слой обычно называют i-слоем (базой).

В управляемых устройствах обычно используют свойство p-i-n-диодов изменять комплексное (активное и реактивное) сопротивление под действием внешнего управляющего сигнала за счёт инжекции носителей в i- область. В общем случае сопротивление p-i-n диода комплексная величина, различная для управляющего и входного (несущего) сигналов;.

Анализ полного сопротивления p-i-n-диодов на низкой частоте показал, что его полное НЧ сопротивление определяется сопротивлениями переходов и i- области, характер которых различен. Сопротивление переходов имеет ёмкостной характер и уменьшается при увеличении тока через переход. Сопротивление базы имеет индуктивный характер, что объясняется инерционностью избыточных носителей зарядов, накопленных в базе. Низкочастотное сопротивление p-i-n-диода при малых уровнях инжекций всегда имеет ёмкостной характер, при высоком уровне инжекций оно может быть как ёмкостным, так и индуктивным в зависимости от толщины базы.

Анализ полного сопротивления на СВЧ (несущее колебание) показал следующее:

•  СВЧ сопротивление p-i-n-диодов определяется в основном свойствами i- слоя, т.к. сопротивление переходов на этих частотах малы и ими можно пренебрегать;

•  Активная составляющая полного сопротивления диода близка к его низкочастотному дифференциальному сопротивлению, а реактивная определяется статической ёмкостью i- слоя;

•  Сопротивление p-i-n-диода при малых уровнях инжекций имеет ёмкостной характер (при отсутствии корпуса), а при высокой инжекций - чисто активный независимо от величины СВЧ сигнала.

Полная эквивалентная, схема p-i-n-диода имеет вид: