Генератор на диоде Ганна: Что это такое? (Теория и принцип работы)

Что такое генератор на диоде Ганна

Генератор на диоде Ганна (также известный как генераторы на диоде Ганна или устройства с переносом электронов) являются дешевым источником микроволновой мощности и включают в себя диод Ганна или устройство с переносом электронов (TED) в качестве основного компонента. Они выполняют функцию, аналогичную генераторам на рефлексных килостронах. В генераторах на диоде Ганна диод Ганна размещается в резонансной полости. Генератор на диоде Ганна состоит из двух основных компонентов: (i) постоянное смещение (DC bias) и (ii) цепь настройки.

Как работает диод Ганна в качестве генератора

Постоянное смещение (DC Bias)

В случае диода Ганна, когда увеличивается приложенное постоянное смещение, ток начинает увеличиваться на начальном этапе, что продолжается до порогового напряжения. После этого ток продолжает падать, а напряжение увеличивается, пока не достигнет напряжения пробоя. Этот регион, простирающийся от пика до впадины, называется областью отрицательного сопротивления (Рисунок 1).

Это свойство диода Ганна вместе с его временными характеристиками заставляют его работать как генератор, если через него проходит оптимальное значение тока. Это происходит потому, что свойство отрицательного сопротивления устройства нейтрализует эффект любого реального сопротивления, существующего в цепи.

Это приводит к генерации устойчивых колебаний, пока присутствует постоянное смещение, предотвращая рост колебаний. Кроме того, амплитуда результирующих колебаний будет ограничена пределами области отрицательного сопротивления, как видно из Рисунка 1.

Цепь настройки

В случае генераторов на диоде Ганна, частота колебаний в основном зависит от среднего активного слоя диода Ганна. Однако резонансная частота может быть настроена внешним образом механическим или электрическим способом. В случае электронной цепи настройки контроль можно осуществить с помощью волновода, микроволновой полости, варикапа или YIG-сферы.

Здесь диод монтируется внутри полости таким образом, чтобы он компенсировал потери сопротивления резонатора, создавая колебания. С другой стороны, в случае механической настройки, размер полости или магнитное поле (для YIG-сфер) изменяется механически, например, с помощью регулировочного винта, для настройки резонансной частоты.

Такие типы генераторов используются для генерации микроволновых частот от 10 ГГц до нескольких ТГц, в зависимости от размеров резонансной полости. Обычно коаксиальные и микрополосковые/планарные конструкции генераторов имеют низкий коэффициент мощности и менее стабильны по температуре. С другой стороны, волноводные и диэлектрические резонаторные стабилизированные цепи имеют больший коэффициент мощности и могут быть легко термически стабилизированы.

Рисунок 2 показывает генератор на диоде Ганна, основанный на коаксиальном резонаторе, который используется для генерации частот от 5 до 65 ГГц. Здесь, когда изменяется приложенное напряжение Vb, флуктуации, вызванные диодом Ганна, распространяются вдоль полости, отражаются от другого конца и возвращаются к точке начала после времени t, заданного

где l — длина полости, а c — скорость света. Из этого можно вывести уравнение для резонансной частоты генератора на диоде Ганна как

где n — количество полуволн, которые могут поместиться в полость для данной частоты. Этот n варьируется от 1 до l/ctd, где td — время, необходимое диоду Ганна для реакции на изменения приложенного напряжения.

Здесь колебания начинаются, когда загрузка резонатора немного выше максимального отрицательного сопротивления устройства. Затем эти колебания растут по амплитуде, пока среднее отрицательное сопротивление диода Ганна не станет равным сопротивлению резонатора, после чего можно получить устойчивые колебания. Кроме того, такие релаксационные генераторы имеют большой конденсатор, подключенный параллельно диоду Ганна, чтобы избежать перегорания устройства из-за сигналов большой амплитуды.

Наконец, следует отметить, что генераторы на диоде Ганна широко используются как радиопередатчики и приемники, датчики скорости, параметрические усилители, источники радара, датчики контроля трафика, датчики движения, дистанционные датчики вибрации, тахометры скорости вращения, датчики влажности, микроволновые трансиверы (Gunnplexers) и в системах автоматического открытия дверей, охранных сигнализациях, полицейских радарах, беспроводных локальных сетях, системах предотвращения столкновений, антиблокировочных тормозных системах, системах безопасности пешеходов и т.д.

Заявление: Уважайте оригинальные, ценные статьи для общественности, если есть нарушение авторских прав, обратитесь для удаления.