ВОЛНОВОДНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ГЛПД

Волноводная конструкция ГЛПД применяется, как в сантиметровом, так и миллиметровом диапазоне длин волн

 

Продольное сечение волноводного ГЛПД

 

ЛПД 1 размещается перпендикулярно широким стенкам волновода 2. Фланец 3 служит для присоединения к внешнему СВЧ тракту. Для получения оптимальных характеристик ГЛПД вводятся подстроечные штыри 5 и 6. Изменение связи резонатора с нагрузкой производится штырём 7, а между резонаторами — штырём 8. С помощью варикапа 4 производится электронная перестройка частоты генератора.

ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ГЕНЕРАТОРА НА ЛПД

Свойства генератора на ЛПД в сантиметровом диапазоне можно приближенно описать, используя эквивалентную схему, изображённую на рисунке 6.15 и представляющую собой сочетание описанной выше схемы ЛПД (рисунок 6.9) с параметрами внешнего контура (резонатора).

 

Эквивалентная схема ГЛПД

 

Последний, представлен полным реактивным сопротивлением Xк и активным сопротивлением Rк, включающим в себя приведённое сопротивление нагрузки X′н и R′н :

(6.10)

Здесь Xр и Rр — реактивное и активное сопротивления резонатора.

Основную трудность при расчётах по методу эквивалентных схем вызывает определение параметров р–n-перехода ( Xд , rд и rs). В общем случае эти величины представляют собой сложные функции, зависящие от рабочего тока диода I0, частоты ω, амплитуды высокочастотного поля Eвч и свойств полупроводника (степени легирования примесями, технологии изготовления и т.д.). Однако для случая, когда ток диодов I0 не слишком превосходит пусковой ток Iпуск, определяющий начало возникновения колебаний, реактивное сопротивление можно представить следующей зависимостью:

(6.11)

где Cд — ёмкость р–n-перехода, имеющая значение в пределах 0,1…0,3 пФ. Формула (6.11) позволяет найти частоту генерации такого прибора. Действительно, используя уравнение стационарной частоты колебаний в виде ΣX = 0, получим

(6.12)

В этом выражении реактивное сопротивление резонатора принято индуктивным: X = ωLр. Связано это с тем, что при малой величине индуктивности корпуса диода (Lп ≈ 10-9 Гн) для компенсации оставшихся двух ёмкостных сопротивлений необходима индуктивная настройка резонатора. Решение уравнения (10) можно записать в следующем виде:

(6.13)

 

где ωр2 = 1 / (LрCр) – резонансная частота промежуточного параллельного контура;
ω I 2 = 1 / (LрCд) – резонансная частота последовательного контура;
ω 2 2 = ω I 2 (1 + Cд / Cп ) – резонансная частота собственного контура диода.

Из двух возможных значений частоты ω I и ωп устойчивой, как правило, является низшая ω I < ωп .

ПЕРЕСТРОЙКА ЧАСТОТЫ ГЛПД

Электронная перестройка частоты

Перестройка частоты может осуществляться путём изменения реактивных параметров контура автогенератора (см. рисунок 14) за счёт изменения тока питания диода I0.

При изменении тока питания диода I0 частотная модуляция проявляется как следствие зависимости реактивного сопротивления диода от тока питания Xд (I0). Модуляционная характеристика (зависимость девиации частоты Δ f от I0 ) близка в этом случае к линейной .для частот модуляции, не превышающих нескольких сотен мегагерц, а крутизна её зависит от параметров диода и добротности контура генератора. Обычно для генераторов сантиметрового диапазона крутизна характеристики составляет несколько мегагерц на миллиампер.

 

Перестройка частоты током питания

Недостатком этого способа модуляции является относительно небольшая девиация частоты (0,15…0,3%) и высокий уровень паразитной амплитудной модуляции, которая возникает вследствие зависимости отрицательного сопротивления диода от тока питания и вынуждает ограничивать максимальную девиацию частоты.

Перестройка частоты варикапом

Значительно лучшие результаты можно получить при полном или частичном включении варикапа в контур генератора, что эквивалентно включению дополнительной управляемой емкости Cв (U) и сопротивления потерь варикапа Rв. При полном включении варикап включается непосредственно в контур генератора (последовательно или параллельно диоду); при частичном включении он связан с контуром генератора с помощью трансформатора связи либо специального элемента связи.

 

Схема включения варикапа в контур ГЛПД: а — полное; б — частичное

При полном включении варикапа можно получить максимальную девиацию частоты, однако потери в контуре при этом сильно увеличиваются из-за сопротивления потерь варикапа, что приводит к значительному уменьшению контурного к.п.д. и выходной мощности генератора.

Полное включение позволяет осуществить девиацию частоты 20 … 40 % при изменении выходной мощности не более чем на 3 дБ.

При частичном включении девиация частоты и вносимые потери зависят от степени связи варикапа с резонатором. В этом случае в сантиметровом диапазоне возможно получение девиации частоты 1 …5% при потерях мощности 0,5…0,8 дБ.