УДК 621.382


УСАНОВ Д.А., СКРИПАЛЬ А.В.,
АБРАМОВ А.В., ПОЗДНЯКОВ В.А.

СИНХРОНИЗИРОВАННЫЕ СВЧ-ГЕНЕРАТОРЫ НА ДИОДАХ
ГАННА, УПРАВЛЯЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЕМ ПИТАНИЯ

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского,
Россия, 410026, г. Саратов, ул. Московская, 155,
Тел. (8452) 514563; e-mail: usanovda@info.sgu.ru

Управление выходным сигналом полупроводниковых СВЧ-
генераторов путем изменения напряжения питания с одной стороны явля-
ется привлекательным, вследствие своей простоты [1], с другой стороны
при его реализации возникает ряд трудностей, поскольку все выходные
характеристики активных элементов твердотельных устройств СВЧ-
диапазона сложным образом зависят от режима питания по постоянному
току, и для сколько-нибудь значительного изменения этих характеристик
требуется изменение напряжения питания в широком диапазоне значений.
В настоящей работе исследуется возможность использования схемы
вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и выходного сигнала
синхронизированного генератора [2], для управления выходной мощно-
стью СВЧ-генераторов на диодах Ганна изменением напряжения питания
на активном элементе при фиксированной частоте выходного сигнала.
Режим вычитания синхросигнала и выходного сигнала генератора на
диоде Ганна на общей нагрузке может быть реализован с помощью схемы,
представленной на рис. 1 [2].
Амплитудно-частотные y(x) и фазочастотные (x) характеристики
одноконтурного диодного полупроводникового синхронизированного ге-
нератора с резистивным активным полупроводниковым элементом
(см. рис. 1) описываются уравнениями [3]:
x
y ((y - )2
1 + x2 )= F (1),


tg =
(2).
y -1
Проведем исследование амплитудно-частотных и фазочастотных
характеристик сигнала на общей нагрузке G при вычитании на ней вы-
L
ходного сигнала автогенератора
, для различных напряжений питания
вых
P
активного элемента, и синхросигнала
.
S
P
Амплитуда
I

результирующего
тока
в
нагрузке
L0m
I = I
L
L m sin
0
(t + ) определяется выражением [2]:

I
=
2
I
+ 2
I
+ 2
L0m
SL
вых
ISLIвых
(
cos + - ) (3),
где Iвых = k 2
1
вых
P
GL , ISL = k 2
2
S
P GL (4),
и k - коэффициенты
1
k
2
передачи мощности выходного сигнала генератора
и синхросигнала

вых
P
S
P
в общую нагрузку, связанные с потерями в линиях передачи.
Мощность, выделяемая на нагрузке G при протекании тока I ,
L
L
определяется соотношением
I 2L0m
L
P =
(5).
G
2 L


Рис. 1. Блок-схема установки и
Рис. 2. Расчетные зависимости
эквивалентная схема полупроводнико-
мощности сигнала на нагрузке от на-
вого синхронизированного генератора
пряжения питания активного элемента
При напряжении питания диода Ганна U , значительно превы-
d
шающем пороговое, увеличение U приводит к изменению величины от-
d
рицательной дифференциальной проводимости - G = qn dv
A
0
(E) dE , где
v(E) -- зависимость дрейфовой скорости электронов от напряженности
электрического поля E , q --заряд электрона, n --концентрация ионизи-
0
рованных доноров. Изменение GA, в свою очередь, приводит к изменению
амплитуды собственных колебаний автономного генератора U и его вы-
0
ходной мощности.

Зависимость ёмкости C одноконтурного генератора на диоде Ганна
от напряжения питания диода Ганна U может быть определена из соот-
d
ношения:
2
C(
)
L
U
d
d =
.
2
4 v2 (U
L
d
d )L
Мощность, выделяемая на нагрузке G , при вычитании на ней вы-
L
ходного сигнала автогенератора и воздействующего синхросигнала в по-
лосе синхронизации зависит, согласно (3) и (5), от частоты и мощности
автогенератора, поэтому изменение напряжения питания диода Ганна,
приводящее даже к незначительному изменению частоты и мощности син-
хронизируемого генератора, вызывает резкое изменение мощности выход-
ного сигнала при его фиксированной частоте (рис. 2).
При проведении экспериментальных исследований в одном из плеч
мостовой схемы (см. рис. 1) размещался источник синхросигнала, в каче-
стве которого использовался СВЧ-генератор типа Г4-83, а в другом -- ге-
нератор на диоде Ганна типа 3А703. Поскольку в окрестности частоты,
соответствующей минимуму МЧХ, исследуемая схема обладает чрезвы-
чайно высокой чувствительностью к изменению собственной частоты ге-
нератора и мощности, то при фиксированной частоте синхросигнала изме-
нение напряжения питания U на 0.2 В приводит к значительному, до
d
40 дБ, изменению выходной мощности результирующего сигнала.
Таким образом, теоретически и экспериментально обосновано ис-
пользование режима вычитания когерентных сигналов: синхросигнала и
выходного сигнала синхронизированного генератора, для реализации про-
стого способа управления выходной мощностью полупроводниковых
СВЧ-генераторов, на примере генератора на диоде Ганна, путем изменения
напряжения питания на активном элементе.
Работа поддержана в рамках программы МО РФ: Научные исследования
высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники код проекта:
208.03.01.006, грантом А03-3.15-491 МО РФ для аспирантов и грантом Т02-02.3-
1126 МО РФ, задания МО РФ на проведение отдельной НИР 2.12.03.
1. Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Скрипаль Ан.В. Физика полупроводни-
ковых радиочастотных и оптических автодинов. Саратов: Изд-во Са-
рат. ун-та, 2003. 312 с.
2. Usanov D.A., Skripal A.V., Abramov A.V. Optical control of semiconduc-
tor synchronized microwave oscillators in the signals subtraction scheme//
Proc. of 33rd European Microwave Conference. Munich, Germany. 7-9th
October 2003. Vol. 3. P. 1405-1408.
3. Андреев В.С. К теории синхронизации автогенераторов на приборах с
отрицательным сопротивлением // Радиотехника. 1975. 2. С.43-53.