Gunn diode
Prinzip der Arbeit der Gunn -Diode:
Ein Prinzip des Betriebs der praktischen Gunn-Diode besteht aus einer in Abbildung 12-24 dargestellten Scheibe wie einer Pufferschicht zwischen der aktiven Schicht und dem Substrat, die in einem der vielen Pakete montiert sind, abhängig vom Hersteller, der Frequenz und des Leistungsniveaus.
Einkapselung identisch mit der für gemeinsamen Varaktordioden gezeigten. Die Leistung, die aufgelöst werden muss, ist ziemlich vergleichbar.
Das Operationsprinzip der Gunn -Diode wird Epitaxierung aus GaAs oder mit Silizium, Tellurium oder Selen dotiert. Das hier als ohmmen Kontakt verwendete Substrat ist stark dotiert für eine gute Leitfähigkeit, während die dünne aktive Schicht weniger stark dotiert ist.
Die Kontakte mit goldenen Legierung werden elektroden und für einen guten ohmmen Kontakt und Wärmeübertragung zur anschließenden Dissipation verwendet. Dioden wurden mit aktiven Schichten hergestellt, die in der Dicke von 40 bis ungefähr 1 μm bei den höchsten Frequenzen variieren. Die tatsächliche Struktur ist normalerweise quadratisch und bisher dominieren Gaas -Dioden kommerziell.
Gunn Diode Performance:
Als gute Annäherung besteht der Schaltkreis, der einem Betriebsprinzip der GaAs -Diode im X -Gunn -Band entspricht, aus einem negativen Widerstand von ungefähr 100 Ohm (100 Ω) parallel zu einer Kapazität von ungefähr 0,6 PF.
Eine solche kommerzielle Diode erfordert eine 9 -V -CC -Vorspannung, und mit einem Betriebsstrom von 950 mA beträgt die Ableitung in seinem Kühlkörper (Kathode) 8,55 W. Da der Ausgang (überall im Bereich von 8 bis 12,4 GHz) 300 MW beträgt, wird die Effizienz als 3,5%angesehen.
Eine Gunn -Diode bei höherer Frequenz, die am Strand von 26,5 bis 40 GHz operiert, könnte eine Produktion von 250 MW mit einem Effizienz von 2,5%erzeugen.
Insgesamt sind Gaas Gunn -Dioden für die Frequenzen von 4 GHz (maximal 1 bis 2 W CW) bei etwa 100 GHz (maximal 50 MW) erhältlich. An diesem Strand steigt die maximal behauptete Effizienz von 20 auf rund 1%, aber für die meisten kommerziellen Dioden von 2,5 bis 5%ist es normal.
INP -Dioden, die noch nicht als kommerziell fortgeschritten sind, haben eine Leistung, die zwischen 500 MW CW bis 45 GHz (Effizienz von 6%) bis 100 MW CW bei 90 GHz (Effizienz von 4,5%) variiert; Es werden höhere Kräfte und Frequenzen erwartet.
Die anderen verfügbaren Optionen umfassen zwei oder mehr Dioden in einem Oszillatorpaket für höhere CW -Ausgänge und Dioden für gepulste Ausgänge.
Im letzteren Fall produzieren kommerzielle Dioden bis zu ein paar Dutzend gepulster Watt, wobei 1% der Dienst- und Effizienzzyklen etwas besser sind als bei CW -Dioden.
Gunn -Oszillatoren:
Da das Betriebsprinzip der Gunn -Diode im Wesentlichen aus einem negativen Widerstand besteht, ist alles, was im Prinzip erforderlich ist, um sie zu einem Oszillator zu machen, eine Induktivität zur Regulierung der Kapazität und der Widerstand gegen die Last von Shunt, die nicht größer als der negative Widerstand ist.
Dies wurde bereits in Verbindung mit der Tunneldiode diskutiert. In der Praxis wurde ein koaxialer Hohlraum im TEM -Modus für die feste Frequenz (jedoch mit einer bestimmten mechanischen Einstellung) am praktischsten gefunden.
Ein typischer Koaxial-Gunn-Oszillator ist in Abbildung 12-26 dargestellt. Wenn auch eine elektrische Einstellung erforderlich ist, kann am Ende ein Varaktor in den Hohlraum platziert werden, der am Ende der Gunn -Diode entgegengesetzt ist.
Die in Abbildung 12-26 dargestellten Abmessungen werden ausgewählt, um eine Ansammlung und Abteilung geeigneter Dioden sowie Schwingungen im parasitären Modus bereitzustellen.
VCO -Gunns mit YIG -Einstellung sind für Instrumentenanwendungen verfügbar, wobei Frequenzbereiche von bis zu 2 Oktaven und mit Abwechslung viel wichtiger wie möglich wichtiger sind. Eine Auswahl dieser Oszillatoren ist in Abbildung 12-27 dargestellt.
Der Satz von 300 g, 50 x 50 mm enthält eine Scheibe Gunn auf einer thermischen Spüle und einen Hohlraum mit einer kleinen Yig -Kugel. Es gibt einen Kühler für die Yig -Kugel, um ihn bei einer konstanten Temperatur und einer Spule, um das Magnetfeld zu modifizieren.
Die momentane Frequenz der Schwingung wird durch die Häufigkeit des Hohlraums bestimmt, was wiederum von der Yig -Kugel und dem Magnetfeld abhängt, durch das sie umgeben ist. Es ist eher die Gunn -Diode als der Einstellmechanismus, der die Frequenzgrenzen bestimmt.
Wenn die Frequenz des Resonators modifiziert wird, reagiert die Diode selbst, indem sie ihre Domäne in einem Abstand von der Anode erzeugt, so dass die Transitzeit der Domäne einem Oszillationszyklus entspricht.
Wenn die Frequenz erhöht wird, liegt der Bildungspunkt im Feld nahe an der Anode. Die Oszillationen stoppen schließlich, wenn dieser Punkt mehr als die Hälfte der Scheibe ist.
Die in Abbildung 12-27 illustrierten Avantek-Oszillatoren des Typs bedecken den Strand von 1 bis 12,4 GHz mit Anpassung (oder Scanning) der Oktave für jeweils. Die Frequenzmodulation ist auch über die angegebenen Klemmen möglich und in allen sehr schnellen Frequenzänderungen können vorgenommen werden.
Diese VCOs sind als Ersatz von Oszillatoren der hinteren Wellen ausgelegt, sicherlich am unteren Ende des Betriebsspektrums der BWO. Typische Leistungen variieren bis zu 50 MW, und der Gesamtenergieverbrauch kann 5 W betragen, einschließlich der Leistung für die Yig -Kugel.
Schließlich sollte erwähnt werden, dass die Geräuschleistung von Gunn -Oszillatoren völlig akzeptabel ist. Das AM -Parasitätsgeräusch ist mit dem des Klystron verbunden (was selbst sehr gut ist), während die Noise -FM -Parasiten schlechter sind, aber nicht zu hoch für normale Anwendungen.
Die Injektionsverriegelung mit einem Signal mit niedrigem Stamm und hoher Stabilität hilft das FM -Rauschen erheblich.
Gunn DioDes -Verstärker:
Wie als Teil der Tunneldiode gezeigt wurde, kann ein Gerät mit negativem Widerstand als Verstärker verwendet werden, und natürlich qualifiziert sich die Gunn -Diode in dieser Hinsicht. Gunn -Diodenverstärker werden jedoch nicht fast so viel verwendet wie die Gunn -Oszillatoren. Es gibt viele Gründe.
Einerseits können Gunn -Dioden -Verstärker mit FET -GaAs -Verstärkern bei Frequenzen weniger als 30 GHz um Ausgangsleistung und niedrigem Rauschen konkurrieren und bei höheren Frequenzen können sie nicht mit Ausgangsleistung oder Effizienz des elektronischen Röhrchens oder Impat -Verstärkers konkurrieren (siehe den folgenden Abschnitt).
Infolgedessen ist die ihnen hinterlassene Nische ebenfalls niedrig bis mittelschwerer Geräusch mit geringer Leistung im Frequenzbereich von 30 bis 100 GHz.
An diesem Strand können sie mit Geräuschzahlen von etwa 20 bis 30 dB, relativ geringer Effizienz und einem Schrittverstärkung und einer Ausgangsleistung, die möglicherweise zwei- bis viermal höher ist, von einem Diodenoszillator zu einer einzelnen Diode zu erwarten (dies wird durch Kombinieren des Ausgangs mehrerer Dioden im letzten Schritt erwartet.
Ein Ansatz für Verbesserungen besteht darin, einen Verstärker mit Dioden-Diodengewehr des Hybridtunnels zu verwenden, bei dem die Diodeneingangsstadien des Tunnels die Rauschabbildung erheblich reduzieren.
Angesichts der Tatsache, dass dies für Gallium -Arseniure -Dioden gilt, besteht ein anderer Ansatz zur Verwendung von Indium -Phosphid -Geräten.
Die ersten Ergebnisse mit dem Betriebsprinzip der Gunn INP -Diode sind am ermutigendsten. Die Rauschfiguren von nur 12 dB für Verstärker im Bereich von 50 bis 60 GHz gemeldet.
Aus Gründen, die mit denjenigen, die mit den Gunn -Oszillatoren für die Yig -Anpassung angewendet wurden, identisch sind, können die Gunn -Verstärker, ob GaAs oder INP, im Bande operieren, Bereiche der Bandbreite 2: 1 sind nicht ungewöhnlich. Sie sind den Steuerverstärkern in dieser Hinsicht viel überlegen.
Anwendung der Gunn -Diode:
Die Anwendungen von Gunn -Dioden, die mehr oder weniger die Welt der Mikrowellen genommen haben, sind die Gunn -Diodenoszillatoren weit verbreitet und auch gesucht und entwickelt. Sie werden häufig als niedrige und mittelschwere oder mittelschwere oder mikrowelle Instrumente oder mittelgroße Tortur verwendet.
Die Mehrheit der parametrischen Verstärker verwendet nun Gunn -Dioden als Pumpenquellen. Sie haben den Vorteil der Impattdioden, ein viel geringes Geräusch zu haben, was ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl eines Pumpenoszillators ist.
Wenn sehr hohe Pumpenfrequenzen erforderlich sind, wird häufig die Technik der Verwendung eines Gunn -Oszillators mit niedrigem Frequenz und zur Verdoppelung der Frequenz mit einem Varaktor -Multiplikator verwendet.
Waffenoszillatoren mit größerer Leistung (250 bis 2000 MW) werden als Leistungsoszillatoren verwendet, die im Allgemeinen in der Frequenz in einer Vielzahl von Senderanwendungen mit niedriger Leistung moduliert werden.
Dazu gehören derzeit das Polizeiradar, das CW Doppler -Radar, die Einbruchalarme und die Indikatoren für die Reduzierung der Flugzeugreduzierung.