Qu'est-ce qu'un oscillateur à diode Gunn

Qu'est-ce qu'un oscillateur à diode Gunn?

Oscillateur à diode Gunn

Un oscillateur à diode Gunn (également connu sous le nom d'oscillateur Gunn ou de dispositif à transfert d'électrons) est une source bon marché de puissance micro-ondes et se compose principalement d'une diode Gunn ou d'un dispositif à transfert d'électrons (TED). Ils remplissent une fonction similaire aux oscillateurs Klystron réflexe.

Dans les oscillateurs Gunn, la diode Gunn est placée dans une cavité résonante. Un oscillateur Gunn est composé de deux composants majeurs : (i) un biais continu et (ii) un circuit de réglage.

Comment une diode Gunn fonctionne comme un oscillateur avec un biais continu

Dans une diode Gunn, lorsque le biais continu appliqué augmente, le courant augmente initialement jusqu'à atteindre la tension seuil. Au-delà de ce point, le courant diminue alors que la tension continue d'augmenter jusqu'à la tension de rupture. L'intervalle entre le pic et la vallée dans ce comportement forme ce qu'on appelle la région de résistance négative.

La capacité de la diode Gunn à montrer une résistance négative, combinée à ses propriétés temporelles, lui permet de fonctionner en tant qu'oscillateur. Cela se produit car la résistance négative compense toute résistance réelle dans le circuit, permettant un flux de courant optimal.

Cela conduit à la génération d'oscillations continues tant que le biais continu est maintenu, bien que l'amplitude de ces oscillations soit confinée dans les limites de la région de résistance négative. 

Circuit de réglage

Dans le cas des oscillateurs Gunn, la fréquence d'oscillation dépend principalement de la couche active centrale de la diode Gunn. Cependant, la fréquence résonante peut être réglée externement par des moyens mécaniques ou électriques. Dans le cas d'un circuit de réglage électronique, le contrôle peut être apporté en utilisant un guide d'ondes, une cavité micro-onde, une diode varicap ou une sphère YIG.

Ici, la diode est montée à l'intérieur de la cavité de manière à annuler la résistance de perte du résonateur, produisant des oscillations. D'autre part, dans le cas du réglage mécanique, la taille de la cavité ou le champ magnétique (pour les sphères YIG) est modifiée mécaniquement, par exemple, au moyen d'une vis de réglage, afin de régler la fréquence résonante.

Ces types d'oscillateurs sont utilisés pour générer des fréquences micro-ondes allant de 10 GHz à quelques THz, selon les dimensions de la cavité résonante. Généralement, les conceptions d'oscillateurs basées sur des coaxiaux et des microbandes/plans ont un facteur de puissance faible et sont moins stables en termes de température.

D'autre part, les conceptions de circuits stabilisés par guide d'ondes et résonateur diélectrique ont un facteur de puissance plus élevé et peuvent être rendus thermiquement stables, assez facilement.La figure 2 montre un oscillateur Gunn basé sur un résonateur coaxial utilisé pour générer des fréquences allant de 5 à 65 GHz. Ici, lorsque la tension appliquée Vb est modifiée, les fluctuations induites par la diode Gunn se propagent le long de la cavité, se réfléchissent à l'autre extrémité et reviennent à leur point de départ après un temps t donné par

Où, l est la longueur de la cavité et c est la vitesse de la lumière. À partir de cela, on peut déduire l'équation de la fréquence résonante de l'oscillateur Gunn comme suit

où, n est le nombre de demi-ondes qui peuvent s'adapter dans la cavité pour une fréquence donnée. Ce n varie de 1 à l/ct d où td est le temps nécessaire à la diode Gunn pour répondre aux changements de la tension appliquée.

Les oscillations commencent lorsque le chargement du résonateur est légèrement supérieur à la résistance négative maximale du dispositif. Ensuite, ces oscillations augmentent en amplitude jusqu'à ce que la résistance négative moyenne de la diode Gunn devienne égale à la résistance du résonateur, après quoi on peut obtenir des oscillations soutenues. 

De plus, ces types d'oscillateurs de relaxation ont un grand condensateur connecté en parallèle avec la diode Gunn afin d'éviter la destruction du dispositif en raison des signaux de grande amplitude.Enfin, il convient de noter que les oscillateurs à diode Gunn sont largement utilisés comme émetteurs-récepteurs radio, capteurs de vitesse, amplificateurs paramétriques, sources radar, capteurs de surveillance du trafic, détecteurs de mouvement, détecteurs de vibration à distance, tachymètres de vitesse de rotation, moniteurs de teneur en humidité, transceivers micro-ondes (Gunnplexers) et dans le cas des ouvreurs de portes automatiques, alarmes anti-intrusion, radars de police, réseaux locaux sans fil, systèmes d'évitement de collision, freins antiblocage, systèmes de sécurité piétonnière, etc.