Исследование генератора СВЧ на диоде Ганна. Основные теоретические положения. Принцип действия и устройство СВЧ диодов Ганна

Федеральное агентство по образованию

Дальневосточный государственный технический университет

(ДВПИ имени В.В. Куйбышева)

Кафедра РТС

ОТЧЕТ

по лабораторной работе № 4

по дисциплине

АНТЕННЫ И ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА

на тему:

 «Исследование генератора СВЧ на диоде Ганна»

Выполнили:

студенты группы ВЦ 7011  

    

   

 

      

Принял преподаватель:

Владивосток

2010 г.

Содержание отчета

1.  Привести схему СВЧ генератора на ДГ и принципиальную схему измерительной установки.

2.  Привести экспериментальные характеристики ДГ в виде таблиц и графиков и сравнить их с паспортными

Краткая формулировка задачи и методов исследования, описание экспериментальной установки.

Цель работы

Ознакомление с принципом действия и устройством СВЧ диодов Ганна, изучение конструкции, характеристик и параметров СВЧ генератора малой мощности на арсенидогаллиевом диоде Ганна трехсантиметрового диапазона, а также аппаратуры СВЧ, используемой при исследовании твердотельных генераторов.

Объектом исследования является маломощный СВЧ генератор в волноводном исполнении на арсенидогаллиевом диоде Ганна типа АА703А. Внешний вид диода с указанием основных параметров, основные электрические параметры, предельные условия эксплуатации и взятые из справочника зависимости мощности и частоты генерации от напряжения смещения приведены в приложении 4.1.

СВЧ тракт собран из стандартных прямоугольных волноводов четырехсантиметрового диапазона волн сечением 2812 мм. Устройство генераторной волноводной секции соответствует схеме включения ДГ, изображенной на рис. 4.4б.

Для измерения мощности ГДГ применяется термисторный измеритель малых уровней мощности типа М3-21А, включенный в одно из плеч щелевого моста. Измерение частоты колебаний производится волномером 35-ИМ.

Электрическое питание ДГ производится от стабилизированного выпрямителя типа УИП- 2 с выносным вольтметром и амперметром для снятия вольт- амперной характеристики. Величина тока, протекающего через диод, не должна превышать величину, указанную в паспорте на диод.

Перестройка частоты и мощности генерации осуществляется путем перемещения короткозамыкающих поршней 1 и 2.

 Порядок выполнения работы и задание

1.  Включить термисторный измеритель мощности, время готовности которого до установления теплового баланса составляет около 20 минут.

2.  Ознакомиться с аппаратурой, используемой в работе, и с измерительной установкой.

3.  Убедиться, что потенциометр напряжения выведен, включить УИП-2 и, плавно подав напряжение смещения на ДГ =6В, перемещением короткозамыкающего поршня 2 добиться максимальной мощности генерации ГДГ.

4.  Снять вольт- амперную характеристику ДГ, одновременно измеряя мощность и частоту ГДГ для построения рабочих характеристик.

5.  Изобразить графически полученные зависимости ,  и . Определить крутизну и диапазон электронной перестройки ДГ на уровне половиной мощности генерации.

6.  Рассчитать параметры ГДГ при чисто активной нагрузке по формулам (4.6)- (4.12).

Описание экспериментальной установки

Исследование диода Ганна выполняется на экспериментальной установке, позволяющей проводить измерения мощности и частоты колебаний генератора на ДГ при различных режимах питания диода и различной величине нагрузки. Схема установки приведена на рис. 3.1.

 

Перестройка частоты и мощности генерации осуществляется путем перемещения короткозамыкающих поршней 1 и 2.

Основные теоретические положения

Принцип действия и устройство СВЧ диодов Ганна

Диоды Ганна находят широкое применение при создании маломощных генераторов и усилителей СВЧ. За последние десять лет были созданы приборы на арсениде галлия (GaAs), обеспечивающие диапазон рабочих частот от 1 до 100 ГГц, мощность генерации в непрерывном режиме от нескольких милливатт до более 2 ватт и к. п. д. от нескольких до 15 %. В импульсном режиме были получены значения мощности от 1 Вт до 6 кВт, к. п. д. от нескольких до 30 %.

Приборы имеют широкую полосу перестройки, малые шумы, очень высокую скорость включения в импульсном режиме, ожидаемый срок службы порядка десятков лет, а также отличаются простотой конструкции и низкой стоимостью.

В отличие от большинства других полупроводниковых приборов, где основные энергетические процессы протекают в узкой области p - n - перехода, в диодах Ганна рабочей областью является весь объем полупроводника. Конструктивно диод Ганна выполняется чаще всего в виде тонкой пластины полупроводника электронной проводимости с плоскими параллельными электродами, расположенными на противоположных сторонах пластины. Электрическое поле в полупроводнике создается путем подачи напряжения на электроды  (рис. 4.1). Площадь поперечного сечения S прибора в плоскости, перпендикулярной полю, обычно одинакова на всем расстоянии между электродами.

В основе работы диодов Ганна лежит эффект объемной отрицательной проводимости, обнаруженный в арсениде галлия (GaAs), фосфиде индия(JnP) и некоторых других полупроводниковых соединениях. Появление эффекта отрицательной дифференциальной проводимости (ОДП) объясняется междолинным переносом электронов в этих полупроводниках и проявляется в виде спонтанных колебаний тока во внешней цепи прибора. Этот эффект был предсказан в 1961-62 гг. английскими физиками Ридли, Уоткинсом и Хилсумом и открыт экспериментально Дж. Ганном в 1963 г. По имени последнего это явление называют эффектом Ганна, а созданные на его основе источники СВЧ колебаний - генераторами на диодах Ганна (ГДГ).