ガンダイオード発振器：それは何ですか？（理論と動作原理）

ガンダイオードオシレーターとは

ガン ダイオードオシレーター（またはガンオシレーターまたは転送電子デバイスオシレーター）は、マイクロ波の電源として安価であり、主要な構成要素としてガンダイオードまたは転送電子デバイス（TED）を使用しています。これらの機能はリフレックスクリストロンオシレーターと似ています。ガンオシレーターでは、ガンダイオードは共鳴腔に配置されます。ガンオシレーターは以下の2つの主要な構成要素から成ります：(i) DC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ーとしてどのように動作するか

DCバイアス

ガンダイオードの場合、適用されるDCバイアスが増加すると、初期段階で電流が増加し始め、しきい値電圧まで続きます。その後、電流は電圧が増加するにつれて減少し続け、ブレイクダウン電圧に達するまで続きます。このピークからバレー点までの領域は負抵抗領域（図1）と呼ばれます。

このガンダイオードの特性とタイミング特性により、最適な電流が流れている場合、オシレーターとして振舞います。これは、デバイスの負抵抗特性が回路内の実際の抵抗の効果を無効にするためです。

これにより、DCバイアスが存在する限り持続的な振動が生成され、振動の増大を防ぎます。さらに、結果の振動の振幅は、図1から明らかなように、負抵抗領域の限界によって制限されます。

チューニング回路

ガンオシレーターの場合、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。しかし、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、コントロールは波導管またはマイクロ波キャビティまたはバリアクターダイオードまたはYIG球を使用して行うことができます。

ここでダイオードはキャビティ内に取り付けられ、共振器の損失抵抗をキャンセルし、振動を生成します。一方、機械的チューニングの場合、キャビティのサイズまたは磁場（YIG球の場合）は、例えば調整ねじを使用して機械的に変更され、共振周波数を調整します。

これらのタイプのオシレーターは、共振キャビティの寸法によって決定される10 GHz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温度安定性が低いです。一方、波導管および誘電体共振器安定化回路設計は、より大きな出力係数を持ち、熱安定性を容易に達成することができます。

図2は、5〜65 GHz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ーを示しています。ここでは、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がキャビティ内を伝播し、その他の端から反射して、時間t後に開始点に戻ります。

ここで、lはキャビティの長さ、cは光速です。これから、ガンオシレーターの共振周波数の方程式を導き出すことができます。

ここで、nは与えられた周波数に対してキャビティに適合できる半波の数です。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された電圧の変化に反応するのにかかる時間です。

ここでの振動は、共振器の負荷がデバイスの最大負抵抗よりもわずかに高いときに開始されます。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、これらの種類のリラクセーションオシレーターには、コンデンサがガンダイオードに接続されており、大振幅信号によるデバイスの焼け付きを防ぎます。

最後に、ガンダイオードオシレーター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、レーダソース、交通監視センサー、モーションディテクター、遠隔振動ディテクター、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（ガンプレクサー）、自動ドアオープナー、侵入者警報、警察用レーダー、ワイヤレスLAN、衝突回避システム、ABS、歩行者安全システムなどに使用されています。

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