Импульсный трансформатор. Генераторы на лавинно-пролётных диодах. Генераторы на платинотроне. Побочные излучения передатчиков СВЧ

                                                 Рис.14.8.2

Форма импульса зависит от количества контуров. Если количество контуров мало (2-3 контура), то форма импульса будет с достаточно большим скосом на вершине, если количество контуров увеличить, то форма модулирующего импульса стремиться к прямоугольной    (рис.14.8.3.).

                                       рис.14.8.3

14.9. Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор применяется:

1. Для изменения напряжения импульса с целью согласования выхода модулятора с входной цепью ВЧ генератора.

2. Для изменения полярности напряжения, а также в тех случаях когда генератор и модулятор разнесены и для их связи применяются Фидеры.

3. Для разделения по постоянному току цепей модулятора и ВЧ генератора.

Требования к импульсному трансформатору:

1. Обеспечение малых искажений в Форме передаваемых импульсов. Искажения обусловлены влиянием индуктивностей первичной обмотки, индуктивностями рассеивания, ёмкостями в обмотках трансформатора.

2. Импульсный трансформатор отличается от обычного тем,  что в следствии быстрого протекания процессов установления колебаний возникают требования по проницаемости сердечника (обеспечение прочности).

3. В конструкциях таких импульсных трансформаторов применяются демпфирующие диоды для исключения пробоя тиратрона.

5. ГЕНЕРАТОРЫ

15.1. Генераторы на лавинно-пролётных диодах

Генерация СВЧ колебаний с помощью лавинно-пролётных диодов основывается на двух физических явлениях. Это лавинное умножение носителей заряда при высокой напряжённости электронного поля, превышающего пробивное, и пролёте этими носителями обеднённого слоя под действием электрического поля за какое-то определённое время.

где φт - тепловой потенциал, для большинства диодов φт = 25 мВ.

Iоб_р -обратный ток.

Статическая характеристика диода имеет вид ( рис.15.1.1):

рис. 15.1.1

С увеличением обратного напряжения напряжённость Е электрического поля растёт, при некотором Е = Епроб начинается электрический пробой р-n перехода. Затем, вследствие ударной ионизации, начинает возрастать количество электронно-дырочных пар - это лавинное умножение носителей заряда.

Для предотвращения выхода прибора из строя в схеме питания ставят стабилизатор тока. Напряжённость поля вдоль структуры изменяется неравномерно, что обусловлено соответствующим законом распределения концентрации примеси.

Нарисуем распределение напряжённости поля вдоль перехода (рис.15.1.2).

Рис.15.1.2

Напряжённость поля максимальна у перехода. В пролётной области поток носителей взаимодействует с ВЧ полем в течении времени τпр.

τпр определяется толщиной пролётной области и скоростью движения носителей.

Благодаря выполнению условий группировки энергия потока носителей передаётся полю, что и обуславливает генерирование или усиление колебаний. Такой режим называется IMPATT (IM).  В этом режиме возможна генерация в диапазоне 1-350 ГГц. Однако на практике работают 5-100 ГГц.  Максимальная мощность Рвых=5 Вт. Обычно используется кремний (Si) или арсенид галлия (GaAs).

Эквивалентная схема диода изображена на рис.15.1.3.

                                             Рис.15.1.3.

С - ёмкость обратносмешённого р-n перехода

Lnp, Rnp -  индуктивность и сопротивление  пролётной области

Ls,   Rs – индуктивность и сопротивление потерь выводов

Со - ёмкость корпуса.

Активна и реактивная проводимости диода по первой гармонике равны :

                    - активная

 - реактивная

Мощность по первой гармонике:

ε - коэффициент использования напряжения.

                     Рис.15.1.4.

Это все для режима IMPATT. Существует TRAPATT режим . Внешне он проявляется в генерировании колебаний в несколько раз меньше пролетной частоты , повышенной выходной мощности и высокого КПД 30..60% . Такой режим основывается на двух физических явлениях : существовании захваченной базы и в периодическом перемещении области лавинного пробоя вдоль пролетного участка . Этот режим трудно осуществим , т.е. требуется специальная конструкция генератора и несколько больше шумы .

                                     

Рис.15.1.5.

Конструкции генераторов различаются типом резонатора и способом подключения к нему диода. Наибольшее распространение получили волноводные конструкции(рис.15.1.5).

Волновод закорочен на конце с помощью подстрочного плунжера (поршня) 1. С помощью этого поршня мы можем менять в некоторых пределах частоту, т. е. можем осуществлять механическую перестройку по частоте.

Наиболее сложным является - согласование низкоомного диода с линией передачи. Эта задача решается с помощью внутриволноводных открытых резонаторов, выполненных в виде дисков (б) или же размещения диода в толстой ёмкостной диафрагме (а) и (в), с помощью четвертьволнового трансформатора (2).

Связь с нагрузкой осуществляется с помощью специальных диафрагм 2 (а) и (б).

Перестройка по частоте может быть осуществлена с помощью варикапов, включенных в контур.

15. 2. Автогенераторы на диодах Ганна