Що таке генератор на діоді Ганна?

Що таке генератор на діоді Ганна?

Генератор на діоді Ганна

Генератор на діоді Ганна (також відомий як генератор на перенесеному електронному пристрої) є дешевим джерелом мікрохвильової потужності і складається з діода Ганна або перенесеного електронного пристрою (TED) як основного компонента. Вони виконують схожу функцію, як і рефлекс-клістронні генератори.

У генераторах на діоді Ганна, діод Ганна розміщується в резонансній камері. Генератор на діоді Ганна складається з двох основних компонентів: (i) постійне напруги і (ii) контур налаштування.

Як працює діод Ганна як генератор при постійному струмі

У діоді Ганна, коли збільшується прикладена постійна напруга, струм спочатку зростає до моменту досягнення порогової напруги. Після цього, струм зменшується, поки напруга продовжує зростати до напруги розряду. Проміжок від піку до долини у цьому поведінці утворює те, що відомо як область негативного опору.

Здатність діода Ганна показувати негативний опір, поєднана з його часовими властивостями, дозволяє йому функціонувати як генератор. Це трапляється через те, що негативний опір протидіє будь-якому фактичному опору в контурі, забезпечуючи оптимальний потік струму.

Це призводить до появи неперервних коливань, якщо зберігається постійна напруга, хоча амплітуда цих коливань обмежена межами області негативного опору.

Контур налаштування

У випадку генераторів на діоді Ганна, частота коливань переважно залежить від середнього активного шару діода Ганна. Однак, резонансну частоту можна налаштовувати зовні механічним чи електричним способом. У випадку електронного контура налаштування, контроль можна здійснювати за допомогою хвильового провідника, мікрохвильової камери, варакторного діода або сфери YIG.

Тут діод монтується всередині камери таким чином, що він компенсує опір втрат резонатора, виробляючи коливання. З іншого боку, у випадку механічного налаштування, розмір камери або магнітне поле (для куль YIG) змінюється механічно, наприклад, за допомогою регулювального винта, для налаштування резонансної частоти.

Ці типи генераторів використовуються для генерації мікрохвильових частот від 10 ГГц до кількох ТГц, в залежності від розмірів резонансної камери. Зазвичай, конструкції генераторів на коаксіальному і мікросхіп/планарному базисі мають низький фактор потужності і менш стабільні в термінах температури.

З іншого боку, конструкції на базі хвильового провідника і стабілізованого діелектричного резонатора мають більший фактор потужності і можуть бути легко термічно стабілізовані. Рисунок 2 показує генератор на діоді Ганна, заснований на коаксіальному резонаторі, який використовується для генерації частот від 5 до 65 ГГц. Коли змінюється прикладена напруга Vb, флуктуації, викликані діодом Ганна, проходять вздовж камери, відбиваються від іншого кінця і повертаються до свого початкового пункту після часу t, який визначається формулою

де l — довжина камери, а c — швидкість світла. З цього, рівняння для резонансної частоти генератора на діоді Ганна може бути виведено як

де n — число півхвиль, які можуть поміститися в камеру для даної частоти. Це n діапазонується від 1 до l/ct d, де td — час, необхідний діоду Ганна для реакції на зміни прикладеної напруги.

Тут коливання починаються, коли завантаження резонатора трохи більше максимального негативного опору пристрою. Наступно, ці коливання зростають за амплітудою, поки середній негативний опір діода Ганна не стане дорівнювати опору резонатора, після чого можна отримати стійкі коливання. 

Крім того, ці типи релаксаційних генераторів мають великий конденсатор, з'єднаний паралельно з діодом Ганна, щоб уникнути вигоріння пристрою через великі амплітуди сигналів. Нарешті, слід зауважити, що генератори на діоді Ганна широко використовуються як радіопередавачі та приймачі, датчики виявлення швидкості, параметричні підсилювачі, джерела радарів, датчики моніторингу руху, датчики вібрації, тахометри обертальної швидкості, монітори вологості, мікрохвильові передавачі-приймачі (Gunnplexers) та в системах автоматичного відкривання дверей, охоронних систем, поліцейських радарах, бездротових LAN, системах уникнення зіткнень, антиблокувальних системах гальм, системах безпеки пішоходів тощо.