ガンダイオード振動回路とは何か

ガンダイオードオシレータとは何ですか？

ガンダイオードオシレータ

ガンダイオードオシレータ（またはガンオシレータや転移電子デバイスオシレータとも呼ばれる）は、マイクロ波電力の安価な供給源であり、主な構成要素としてガンダイオードまたは転移電子デバイス（TED）を使用します。これらのオシレータは反射式クリストロンオシレータと同様の機能を果たします。

 ガンオシレータでは、ガンダイオードは共振空洞内に配置されます。ガンオシレータは2つの主要なコンポーネントから構成されています：(i) 直流バイアス (ii) チューニング回路。

ガンダイオードがオシレータとして動作する際の直流バイアス

ガンダイオードでは、適用される直流バイアスが増加すると、電流は最初は上昇し、しきい値電圧に達します。この点を超えると、電圧がさらに増加しても電流は減少し、ブレイクダウン電圧まで続きます。この振る舞いにおけるピークからバレーまでの範囲が負抵抗領域と呼ばれます。

ガンダイオードが負抵抗を示す能力とタイミング特性により、オシレータとして機能することができます。これは、負抵抗が回路内の実際の抵抗と相殺し、最適な電流の流れを可能にするためです。

これにより、直流バイアスが維持されている限り連続的な振動が生成されますが、これらの振動の振幅は負抵抗領域の境界内で制限されます。

チューニング回路

ガンオシレータの場合、振動周波数は主にガンダイオードの中間活性層に依存しますが、共振周波数は機械的または電気的に外部から調整できます。電子チューニング回路の場合、波導管またはマイクロ波空洞、バリアクターダイオード、またはYIG球を使用して制御を行うことができます。

ここでは、ダイオードは共振器の損失抵抗をキャンセルするように空洞内に取り付けられ、振動を生成します。一方、機械的チューニングの場合、空洞のサイズまたは磁場（YIG球の場合）は、例えば調整ネジを使用して機械的に変化させることで、共振周波数を調整します。

これらの種類のオシレータは、共振空洞の寸法によって決定される10GHzから数THzのマイクロ波周波数を生成するために使用されます。通常、同軸およびマイクロストリップ/平面ベースのオシレータ設計は低出力係数であり、温度に関して安定性が低いです。

一方、波導管および誘電体共振器安定化回路設計は、より高い出力係数を持ち、熱的に安定させることが容易です。図2は、5〜65GHzの周波数を生成するために使用される同軸共振器ベースのガンオシレータを示しています。ここで、適用される電圧Vbが変化すると、ガンダイオードによる揺らぎは空洞内を伝播し、他の端から反射し、時間t後に開始点に戻ります。

ここで、lは空洞の長さ、cは光速です。これから、ガンオシレータの共振周波数の式を導くことができます。

ここで、nは特定の周波数に対して空洞内に収まる半波の数です。このnは1からl/ctdの範囲で、tdはガンダイオードが適用電圧の変化に応答するのにかかる時間です。

ここでは、共振器のロードがデバイスの最大負抵抗よりも少し高いときに振動が始まります。次に、これらの振動は振幅が増大し、ガンダイオードの平均負抵抗が共振器の抵抗と等しくなるまで続き、その後持続的な振動を得ることができます。

さらに、これらの緩和オシレータでは、ガンダイオードに大きなキャパシタが接続されており、大振幅信号によるデバイスの焼損を防ぎます。最後に、ガンダイオードオシレータは広く無線送受信機、速度検出センサー、パラメトリックアンプリファイア、レーダー源、交通監視センサー、運動検出器、遠隔振動検出器、回転速度タコメータ、水分量モニター、マイクロ波トランシーバー（ガンプレクサ）、自動ドアオープナー、侵入警報システム、警察用レーダー、ワイヤレスLAN、衝突回避システム、アンチロックブレーキ、歩行者安全システムなどに使用されています。