Твердотельные генераторные и преобразовательные приборы мм и субмм диапазонов волн

1989

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЛПД КВАЗИОПТИЧЕСКОГО ТИПА В ТРЕХМИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ

Булгаков Б. М., Макаров В. Н., Скресанов В. Н.

5-9

Исследован квазиоптический ГЛПД с резонансной системой типа «открытый резонатор с короткозамкнутым волноводным отверстием» в трехмиллиметровом диапазоне радиоволн. Согласование ЛПД осуществляется комбинацией радиального резонатора и коаксиального шлейфа. Установлено, что режим работы такого ГЛПД есть режим стабилизации открытым резонатором ГЛПД волноводного типа с внутриволноводным резонатором. Коэффициент стабилизации частоты составляет 10-20.

ГЕНЕРАЦИЯ ВТОРОЙ ГАРМОНИКИ ДИОДОМ ГАННА С ДВУХЗОННЫМ КАТОДОМ

Аркуша Ю. В., Дрогаченко А. А., Мишнев А. А.

10-13

Теоретически с помощью двухтемпературной модели арсенида галлия показано, что эффективность генерации второй гармоники в диоде Ганна с двухзонным катодом вдвое выше, чем аналогичного диода с пониженный легированием у катода. Использование напряжения, содержащего первую и вторую гармоники, позволяет увеличить КПД на первой гармонике диода с двухзонным катодом, по сравнению с напряжением, содержащим только первую гармонику, в 1.5 раза.

Найдены оптимальные значения параметров двухзонного катода, при которых КПД на второй на второй гармонике максимален. Для диода длиной 0,8 мкм с концентрацией 2·10¹⁶ см^-3 максимальный КПД второй гармоники ~ 1,4 % на частоте ~ 180 ГГц.

ОПТИМИЗАЦИЯ ВОЛНОВОДНО-КОАКСИАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЧАСТОТНО-СТАБИЛИЗОРОВАННЫХ ГЛПД

Касаткин Л. В., Швачка A. B.

13-22

Рассмотрена волноводно-коаксиальная конструкция ГЛПД в которой использован принцип резонансной трансформации импеданса полупроводниковой структуры в параллельном контуре выполненного на монтажных элементах металлокерамического корпуса. Показано, что максимальная фиксирующая способность генератора достигается при работе на расстроенном контуре лавинно-пролетного диода при введении реактивной неоднородности в волновод вывода мощности и фазовом расстоянии между стабилизирующим резонатором и активным элементом равны  = 90°-130°. В этом случае, однако, существенно ухудшаются диапазонные характеристики генератора.

Достижение высоких диапазонных и спектральных характеристик генератора рассматриваемой конструкции реализуется при уменьшении резонансного сопротивления корпуса диода и работе его резонансной частоты. Энергетические характеристики генератора при этом ухудшаются.

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗОННОЙ СТРУКТУРЫ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МИЛЛИМЕТРОВЫХ ДИОДОВ ГАННА

Аркуша Ю. В., Дрогаченко А. А.

23-24

Теоретически с помощью двухтемпературной модели GaAs исследовано влияние величины константы связи D_ГL на энергетические характеристики однородно легированных диодов Ганна с длиной активной области ~ 2,5 мкм. Показано, что увеличение константы связи с 5·10⁸ эВ/см до 8·10⁸ эВ/см приводит к увеличению пролетной частоты (с 45 ГГц до 51 ГГц) и эффективности генерации на пролетной частоте (с 3,4 % до 4,4 %). Частотный диапазон работы диода при этом, оставаясь практически одним и тем же, смещается в сторону более высоких частот. Определены оптимальные значения напряжений u₀ и u₁, при которых эффективность генерации максимальна.

РАСЧЕТ ГЕНЕРАТОРА НА ДИОДЕ ГАННА В ДВУХКОНТУРНОЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ С НЕКРАТНЫМИ РЕЗОНАНСНЫМИ ЧАСТОТАМИ

Фурсов А. М.

25-32

В рамках квазилинейного метода проведен расчет основных параметров двухконтурного генератора на диоде Ганна, работающего в режиме одновременных устойчивых асинхронных двухчастотных колебаний. Показано, что использование экспоненциальной аппроксимации ВАХ диода Ганна позволяет выявить часто наблюдаемый в эксперименте мягкий режим самовозбуждения автогенератора на частоте дополнительного колебания. Исследованы вопросы согласования ГДГ с нагрузками на частотах сопутствующих колебаний с целью получения оптимального режима асинхронных двухчастотных колебаний. Приведены энергетические характеристики прибора. Отмечено качественное согласование результатов расчета с экспериментальными данными.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ СТАБИЛИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ИМПУЛЬСНЫХ ГЛПД В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР

Горбачев А. В.

33-38

В результате экспериментальных исследований показана реализуемость и эффективность различных методов стабилизации параметров импульсных ГЛПД как в режиме автоколебаний, так и в режиме внешней синхронизации применительно к волноводно-коаксиальным генераторам стабилотронного типа.

СУММИРОВАНИЕ МОЩНОСТИ ШУМА ДИОДОВ С КАТОДНЫМ СТАТИЧЕСКИМ ДОМЕНОМ

Золотарев Е. С., Лютый И. С., Прохоров Э. Д.

38-47

Проведены экспериментальные исследования по увеличению спектральной плотности мощности шума (СПМШ) диодов с катодным статическим доменом (ДСКД) путем суммирования на уровне кристалла и суммирование на уровне резонатора.

Показано, что в сложных структурах диодов с катодным и анодным статическими доменами наблюдается эффект увеличения СПМШ по сравнению с арифметической суммой СПМШ отдельных диодов. Эффект увеличения мощности шума наблюдается и при суммировании нескольких ДСКД на уровне резонатора.

ИЗМЕНЕНИЕ СПМШ ДИОДОВ С КАТОДНЫМ СТАТИЧЕСКИМ ДОМЕНОМ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Бондарь Ю. А., Золотарев Е. С., Мещерякова О. А., Прохоров Э. Д., Скоробогатова С. Н.

47-52

Приведены результаты экспериментального исследования влияния поперечного магнитного поля на СПМШ диодов с катодным статическим доменом.

Показано, что при изменении полярности магнитного поля или при повороте диода вокруг оси наблюдается существенное изменение (~ 30 дБ) СПМШ.

Приведены качественные объяснения наблюдаемого эффекта.

ЧАСТОТНЫЕ ФЛУКТУАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ПЕРЕСТРАИВАЕМОГО ГЕНЕРАТОРА НА ДИОДЕ ГАННА МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА

Архипов А. В., Майстренко Ю. В.

52-58

Приведены результаты экспериментальных исследований спектральной плотности частотных флуктуаций электрически перестраиваемого генератора на диоде Ганна (ГДГ) миллиметрового диапазона. Показано, что электрическая перестройка ГДГ составляет ~ 8 %. Уровень частотных флуктуаций (ЧФ) в зонах перестройки определяется нелинейными свойствами диода Ганна и варактора. Минимальный уровень ЧФ соответствует максимальному значению мощности и возрастает до 6÷10 дБ на краях зоны перестройки.

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ НА ДИОДАХ ГАННА

Ткаченко В. И., Свердленко Е. А., Архипов А. В., Кириленко А. А.

58-62

Разработан и исследован широкополосный усилитель мощности на диодах Ганна, у которого в качестве колебательной системы регенеративного усилителя отражательного типа использован уголковый переход с одномодового на двухмодовый волновод, осуществляющий преобразование волны Н₁₀ входного (усиливаемого) сигнала в рабочую Н₂₀ волну с последующим преобразованием усиленного сигнала в волну Н₁₀ на выходе. Использование строгого математического моделирования уголкового перехода и электродинамики «холодной» системы усилителя в целом позволило получить оптимальные характеристики разработанного прибора.

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР С КВАЗИОПТИЧЕСКИМ ЗЕРКАЛЬНЫМ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РЕЗОНАТОРОМ

Кириченко А. Я., Харьковский С. Н.

62-66

Исследуется новый тип твердотельного генератора с квазиоптическим зеркальным диэлектрическим резонатором (КЗДР) в виде диэлектрического полудиска на металлическом зеркале. Описаны конструктивные особенности, позволяющие обеспечить достаточно сильную связь диода Ганна с азимутальными колебаниями высшего порядка в КЗДР. Приводятся результаты электронной перестройки частоты и изменение мощности генерации при этом. В генераторе с КЗДР в виде двух электромагнитносвязанных полудисков исследована механическая перестройка частоты путем изменения расстояния между полудисками. Даны рекомендации по использованию исследуемого генератора.

ВОЗБУЖДЕНИЕ ОТКРЫТОГО ПОЛУЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА СОСРЕДОТОЧЕННЫМ ИСТОЧНИКОМ

Веремей Н. В.

67-72

В строгой постановке решена задача о возбуждении сосредоточенным источником полуцилиндрического открытого резонатора, нижнее зеркало которого полупрозрачное. Задача сведена к бесконечным системам линейных алгебраических уравнений второго рода.

Разработан вычислительный алгоритм и с применением ЭВМ для резонаторов с различными электродинамическими параметрами рассчитаны интегральные характеристики: сопротивление излучения, диаграммы направленности излучения, структура электромагнитного поля в резонаторе в ближней зоне источника.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИГНАЛЬНОГО РЕЗОНАТОРА КВАЗИОПТИЧЕСКОГО СМЕСИТЕЛЯ ЩЕЛЬЮ СВЯЗИ

Булгаков Б. М., Натаров М. П., Скресанов В. Н.

73-77

Исследовано влияние возбуждения открытого резонатора сосредоточенным элементом связи на потери преобразования резонансного квазиоптического смесителя. Изучен элемент связи в виде щели на сферическом зеркале, плавно переходящей в стандартный волновод. Получены зависимости эффективности возбуждения от размеров OP и ширины щели связи. Эффективность возбуждения достигается 80-90 % в случае малых дифракционных и внешних потерь.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ПРИЕМНИКА ТВЕРДОТЕЛЬНОЙ ГОМОДИННОЙ РЛС МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА В ОБЛАСТИ ИНФРАНИЗКИХ ДОПЛЕРОВСКИХ ЧАСТОТ

Вирченко В. Л., Костенко А. А., Кузьмичев И. К., Хлопов Г. И.

78-81

Приведены результаты разработки твердотельной доплеровской РЛС миллиметрового диапазона, работающей в гомодинном режиме. Рассмотрены особенности построения антенно-фидерного тракта, приемного устройства и результаты экспериментального исследования чувствительности в области инфранизких доплеровских частот.

ДИОДЫ ГАННА ИЗ InGaAsP

Дворянкин В. Ф., Каевицер Л. Р., Лопатин В. В., Рогашков А. С., Телегин А. А.

82-84

Проведены исследования возможности создания диодов Ганна на основе тонких ~ 1 мкм пленок In_0,59Ga_0,41As_0,88P_0,12 на сильно легированных подложках из InP. Пленки выращивались методом жидкофазной эпитаксии. Изготовлены диоды Ганна сотовой конструкции, обеспечивающие на частоте 130 ГГц в импульсном режиме КПД 0,4 %.

ГИБРИДНО-ИНТЕГРАЛЬНЫЙ МОДУЛЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ КОРОТКОВОЛНОВОЙ ЧАСТИ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА

Вирченко В. Л., Коростелев В. С., Кохно А. Г., Кравчук С. А.

84-88

Разработано устройство преобразователя частоты в двухмиллиметровом диапазоне радиоволн на основе гибридно-интегpaльных схем в виде единого модуля, содержащего СВЧ смеситель и входную цепь промежуточной частоты, а также исследован коэффициент шума устройства в зависимости от режима работы смесителя по постоянному току при различных уровнях мощности колебаний гетеродина.

ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУРАХ С НЕСИММЕТРИЧНЫМИ КВАНТОВЫМИ ЯМАМИ

Орлов Л. К., Романов О. А., Елипашев И. А.

88-99

Рассмотрено распределенное параметрическое взаимодействие электромагнитных волн, распространяющихся вдоль плоскости слоев многослойных структур с несимметричными квантовыми ямами. Показано, что тонкопленочные структуры по своим свойствам по отношению к распространяющимся в них параметрически связанным волнам аналогичны идеальной квантовой сверхрешетке.

Проведен расчет эффективности параметрической генерации волн для не очень длинных образцов. Показано, что частотная зависимость эффективности генерации высокочастотных сигналов () имеет резонансный вид и существенно превосходит по порядку величины эффективность генерации низкочастотных сигналов ().

К ВОПРОСУ О ДЕТЕКТИРОВАНИИ СВЧ СИГНАЛОВ ОБЪЕМНОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРОЙ, СОДЕРЖАЩЕЙ СВЕРХРЕШЕТКУ Ge-GeSi

Орлов Л. К., Филатов О. Н., Елипашев И. А., Кузнецов О. А., Ерофеева Е. А., Ревин Д. Г.

99-107

Основываясь на полученных экспериментальных данных анализируются особенности работы детектора миллиметрового диапазона длин волн на объемном нелинейном элементе с гетероэпитаксиальными слоями Ge/GeSi. Обсуждаются его недостатки и возможные преимущества по сравнению с другими типами приемных устройств. Проведено сравнение детектирующих свойств различных гетероструктур, содержащих как Ge-GeSi, так и отдельные слои твердого раствора CaeSi. Высказано предположение, что основной эффект связан с неоднородным разогревом носителей заряда на гетеробарьерах структуры с последующим возникновением объемной термоградиентной ЭДС. Показано, что гетеросистемы по чувствительности не уступают гомоструктурам с n+-n переходами.

ВЛИЯНИЕ КОГЕРЕНТНЫХ СВОЙСТВ ИЗЛУЧЕНИЯ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ СВЧ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ДОПЛЕРОВСКИХ РЛС

Карушкин Н. Ф., Касаткин Л. В., Коростелев В. С., Костенко А. A., Кузьмичев И. К., Хлопов Г. И., Шестопалов В. П.

108-119

Приводится анализ влияния существенно нестационарных частотных флуктуаций СВЧ генераторов на работу когерентной РЛС с применением аппарата структурных функций, продолжена методика измерений и приведены результаты экспериментального исследования твердотельных генераторов. Показано, что параметры современных твердотельных генераторов в диапазоне 30-70 ГГц позволяют использовать их в доплеровских системах для измерения скорости движения транспортных средств в широком диапазоне скоростей (начиная с 3·10^-3 км/час) с достаточно высокой точностью (1 %) на расстояниях прямой видимости (5-10 км).

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОГО ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПОВЕРХНОСТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ p-i-n-СТРУКТУРЕ

Кошевая С. В., Кишенко Я. И., Смойловик М. И.

120-125

Аналитически решена задача распределения концентрации носителей заряда в i-области поверхностно-ориентированной p-i-n-структуры при прямом смещении с учетом рекомбинации на поверхности в двумерном случае. На основе найденного распределения получено выражение для эффективного времени жизни носителей заряда * в функции скорости поверхностной рекомбинации коэффициента прозрачности.

Полученные значения *, рассчитанные по вносимому затуханию, учитывают взаимодействие электромагнитных волн с инжектированными носителями заряда в i-слое структуры.

ИССЛЕДОВАНИЕ УПРАВЛЯЮЩИХ И МОДУЛИРУЮЩИХ СВОЙСТВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ p-i-n-СТРУКТУР

Кошевая С. В., Кишенко Я. И., Смойловик М. И.

125-130

Рассмотрено управление мощностью КВЧ излучения интегральными p-i-n-структурами, исследовано их быстродействие, показаны пути достижения высоких скоростей переключения и увеличения вносимого затухания как с помощью удачного выбора топологии и профиля легирования кремниевой ячейки, так и применением управляющих импульсов специальной формы.

ИССЛЕДОВАНИЕ МОЩНОГО РЕЛЯТИВИСТСКОГО ГЕНЕРАТОРА ДИФРАКЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Арзин А. П., Канавец В. И., Штейн Ю. Г.

131-137

Экспериментальным методом получены дисперсионные кривые РГДИ, иллюстрирующие условия синхронизма волн пространственного заряда и циклотронных волн потока с волнами периодического волновода. Проведено исследование зависимости режимов генерации от толщины волноводных диафрагм. Исследован механизм влияния расположения потока на выделение требуемых аксиально-симметричных колебаний. Изучен принципиально новый РГДИ с гребенкой из тонких ламелей. Проведено многопараметрическое исследование зависимости мощности и диаграммы направленности излучения от управляющих характеристик РГДИ.

Проведено численное исследования частотных свойств дифракционного излучения промоделированного потока вблизи периодической гребенки.

СТОХАСТИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОД В НЕЛИНЕЙНЫХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

Ракитянский В. А.

137-140

Экспериментально исследуется стохастическое взаимодействие мод в нелинейной автоколебательной системе при сравнительно небольшой нелинейности активного элемента. Показано, что переход к хаосу в исследуемой системе происходит через разрушение квазипериодических движений.

ШИРИНА ЛИНИИ ЭПР И НЕКОТОРЫЕ СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНА Fe³⁺ В АНДАЛУЗИТЕ

Ворсуль К. В., Кондрашин С. К., Смирнова Т. А.

140-146

Проведен расчет спектра ЭПР иона Fe³⁺ в андалузите в магнитных полях до 6,0 Тл с использованием полного спин-гамильтониана. Сравнение с расчетом по укороченному гамильтониану дает разницу в частотах переходов, превышающую ширину линии. Получены значения эффективных g-факторов в зависимости от магнитного поля, а также спектральные характеристики, позволяющие прогнозировать ширину линии ЭПР в рамках деформационной модели. Экспериментальные значения ширины линии удовлетворительно согласуются с расчетом.

О ТВЕРДОТЕЛЬНОМ СТАБИЛЬНОМ КВАНТОВОМ ГЕНЕРАТОРЕ В МИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН

Кириченко А. Я., Черпак Н. Т.

147-150

Рассмотрена возможность создания стабильного квантового генератора, в котором резонатор с активным кристаллом выполнен в виде дискового диэлектрического резонатора (ДДР) из самого кристалла. ДДР из рубина, в которых возбуждается бегущая азимутальная волна высшего порядка, в миллиметровом диапазоне имеют приемлемые размеры и обеспечивают возможность взаимодействия активного кристалла с излучениями сигнала и накачки на ряде дискретных частот. При вполне реальном значении собственной добротности ДДР 10⁶ при Т = 4,2 К в восьмимиллиметровом диапазоне волн ожидается нестабильность f/f генератора не хуже 10^-13. Мощность такого генератора превышает мощность квантовых генераторов на пучках атомов или молекул, работающих в более длинноволновом диапазоне, на несколько порядков.

АНАЛИЗ ИНВЕРСИИ СПИНОВЫХ НАСЕЛЕННОСТЕЙ В АНДАЛУЗИТЕ НА ЧАСТОТАХ 70-120 ГГЦ

Ворсуль К. В., Смирнова Т. А.

150-152

Проведено сравнение расчетных и экспериментальных значений коэффициентов инверсии в андалузите с трехвалентным железом в диапазоне 70-100 ГГц. Проанализирована ступенчатая пятиуровневая схема с подключением верхнего дублета. Показано, что в диапазоне 100-120 ГГц эта схема весьма эффективна.

КВАЗИОПТИЧЕСКИЙ СМЕСИТЕЛЬ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН

Гельфер A. Г., Лапидус А. Д., Фельман Э. Н.

153-156

Описывается многоканальный смеситель миллиметрового диапазона длин волн, сочетающий интегральную электрическую часть с квазиоптическим трактом подачи СВЧ мощности. Проведен расчет зависимости диаметра фокусирующего устройства от числа каналов, размера и материала контактной линзы, даны рекомендации по выбору оптимального расстояния между соседними каналами. Получены выражения, связывающие изменение коэффициента передачи каналов с длиной волны, материалом контактной линзы и расстоянием антенн каналов от оптической оси системы.