Введение к работе
АкТУаЛЬНОСТЬ ТЄ.УЦ. В СВЯЗИ С ИНТЄНСИПНі.'М ОСВОЄНЕЄ!.! МИЛ 111(.4'Грой'.)-
го диапазона длин волн растет потребность в твердогельнчх источниках СЗЧ-колебяний. В диапазоне частот до 200 ГГц широко испольэуотея генераторы на диодах Ганні (ГДГ). По сравнению с коротковолновыми . мер-дотельными генераторами других типов (генератори ;;а л«в".:-і:ю-пролсгіі!.:< диодах, на полевых транзисторах) ГДГ имеют низкий уровень *лу>'ту,іі:ин частоты и амплитуды выходного колебания. Данное препму ;!Члво ГДГ обусловило их приоритетное использование и гетеродинах приемных ус:' -ройств, в генераторах накачки параметрических усилителей, в связічч и рядиолокаиионішх системах, к которым предъявляются высокие трееоі<«~ ния по уровню Флуктуации в диапазоне допплеровских отстроек ЧЛСТОПІ. Однако практика требует дальнейшего улучшения Флуктуяционных пар'.м.гт-ров ГДГ.
3 длинноволновой части М..!-диапязоня (ня частотах Г < 00 IVn) применяются одноконтурные генераторы на основе диодов ну ярсенида гяллия ( QaAs ) и гаос*эдя индия ( \пР ), работающие- с нспользо-вянием модности первой гярмоники колебания. При повышении частоти генерации снижается коэффициент полезного действия генератора И" основном тоне. Поэтому в коротковолновой части ММ-диапазена применяйте; двухконтурные ГДГ. обычно рвботчю.чие с использование,'.- уг ;ност;і второй гярмоники колебания. Использование в генераторах Фос*пдо.;пдиерых диодов Ганна (ДГ) позволяет получить более высокие мощности и частот;,, колебания.
Механизмы аумообразования в нпстояіее время иссло-дсртны лп::ь применительно к генератор"?.! Гяння С.'.І-длапазсна. Соелгы.ч- с- ы\,:--,-)-1,:;.,:<. ,. (НЧ) сумах генераторов .'.'.М-лняппзоня крайне егр'чц'.чеоч и носят ;.: ,:>'-цестренно экспериментальный характер. Общепринятой теории г!луктуч^нп в этих приборах не существует, Необходим-1 разработка сумово:1, .модели коротковолновых ГДГ. Модель, с на.г.ей точки зрения, должна содор:^ть данные о Физической природе НЧ-источников сума, об их локализации в диоде, о коэффициентах модуляционного ПОЗД'-ЙСТППЯ источников ігума |'-я я^плитуду и частоту колебания, о зависимости этих ь-ог.-1 "пгиентев от а--Sinn работы диода и параметров контурной системи. Модель дотче- в к почать в себя такте методику экспериментального определенна спекіралі-ной интенсивности основных источников ІїЧ-'тумя, теоретическая опенка которой невозможна. Шумовая модель необходим:" к->к для расчета '*-еук-
.„ n;nun.hi.:x. характеристик конкретних типов ГДГ, так и для их оптимизации, ь том числе, ь системах автоматического проектирования. Таил я мод~ .'. '. .поіоя'4Єс! креми е.це не создана. В ее основу мойшо положить pf'L^-у Клрееьа С.Л., Румянцева С.Л., ї.іецерякова А.В. (Электронная тоj,і-.,:'і.Сир.І Олектроник.а СБЧ.-1986.-Віт. 9(ЗШ).-С.36-39), ь которой метр;; м численного моделирования коэффициенты і. одуляцн.онного воздействия НЧ-ч'-луктуаций концентрации электронов на рк'п:>:".уй її реактиві!;/».) составляющие адмитанеа Ga.f\S ДГ и предло-fc-'ен паганизм Флуктуации адмитанеа ДГ 1,"!-диапозона. Расчеты проводились п приближении гармонического напряжения на диоде, что делает :::<. пригодными для использования в шумовой модели одноконтурного генератора. Однако строгая экспериментальная проверка этих расчетов не проводилась. Сложнее обстоит дело с шумовой моделью двухконтурного і оператора, поскольку до настоящего времени расчет модуляционных ко-г.-.т.?пцпонтов при полпгнрмоничееком напряжении на диоде отсутствует. Креме того, практически не изучены механизмы образования Флуктуации колебаний первой и второй гармоник, их взаимное влияние, а также зависимость от параметров контурных систем на частотах гармоник. Статистические характеристики источников Фликкериого и генерапионно-ре-комбинационного (Г'Р) шумя в коротковолновых GaAs диодах изучена слабо и практически не изучены в диодах из 1 n Р .Не проведено сопоставление GdAs и І УХ Р диодов по шумам, что важно при выборе активного элемента для малошумящих генераторов. Недостаточно изучено влияние температуры окружающей среды на устойчивость работы коротковолновых ГДГ.
На сказанного следует, что для прогнозирования ^луктуаиионных характеристик и целенаправленных действий по снижению шумов в ГДГ t.li-диапязоня необходимы дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования.
Цель на стог цеЯ работы - построение модели низкочастотных шумов в генераторах Ганна ^./.-диапазона и разработка на ее основе методов снижения Флуктуации колебания.
Загпчи і'пбпт»
І. Іірогс :.іп анализ ііЧ-'лумоп в двухконтурном генераторе на двух-і:'іч>.';і!икє с ;,Ч!.то". піп,'-уонпя второй гармоники колебания. Получить ч, п-,,г:ііі;,і дні: с:..'і'тр;-з ІІЧ-т>луктуаций частоты и амплитуды каждой из :ар'- ник. !':'(-; '.'-,. f-L-nr-nтонтные параметры сложной колебательной ;""'. '.'И и ,-!>". 1'ц, r-'-iT.tyi их' і:гг.;аре)і!!Р.
2. Экспериментально исследовать 1іЧ-п;умц QaAs и In? ДГ
lM-ДЦпі аЗОНа ;-ВЫЯСНИТЬ Природу НЧ-ИСТОЧННКОВ ayi':\ І! КОрОЇКОПО'ІНҐХ'ил
ДІ' и ' годом шумовой спектроскопии определить параметры ГГ-пснт; і;в и клинкерного шумя. Провести сравнение по шумам диодов различных диапазонов.
3. Экспериментально исследовать флуктуаииошгые характеристики
одно- и двухконтурных ГДГ; на основе проведенного анализа и результа-
тов экспериментов разработать рекомендации по снш;ени» уровня ыумоп
в генераторах.
-
Сравнить расчетные уровни ^луктуапиГ, колебания одноконтурных ГДГ с экспериментальными и оценить пригодность механизма ^луктуанкп адмнтпчеа коротковолновых ДГ для использования в шумово;'! модели генератора. Завершить разработку ІіЧ-шумовой модели одно- и двухконтурных ГДГ ММ-диапязона.
-
Экспериментально исследовать влияние температури окру»;аи::е(і среды ня стабильность виходного колебания и разработать рекомендации по повышению устойчивости работы ГДГ ММ-диапазона при изменении рнт;і-них условий.
Научная новизна работы
-
Проведен анализ гТ-луктуаций в двухконтурном аитогонератог.о на ДГ ; доказана практическая пригодность механизма гМуктуггнЛ агуит^ »'а коротковолновых ДГ и завершена разр^ботк" аумовои модели ГДГ ,",;„'-д,т-ппзона.
-
Установлена зависимость добротностей контуров от ро-пм* работы двухконтурного' ГДГ ; показана некорректность традиционных методе:» их измерения ; получены '"-ормулы, которые могут сгу:-піь ooir-:i"? разра --ботки методики адекватного измерения писаних добротнс>":е/.
-
Показано, что спектри НЧ-зумов тока короткоро-!"'''-/ ДГ практически полностью расклпдь'па'-л'ся на отдельные лп^-мцн";::-. Гм-і-ід с " т" г -. ч -ного тликклрноп '::у'"> 1!-"> r:p"r-i ::"," IO-'/Jj'-, а его <-;;'': ,:л т'.наї; интенсивность не зависит от температуры.
Пр^КТИЧ^СК^Я тленность р"ботн
I. Обследопанн и обаб ;еш.т ("луктуапиепп- . Х";ак:"рі-етиі'н Г,\\" ,'.'.М-
-ДИ"ПаЗОНа. Обнаруженное СООТроТСТВИО МЄ"'ДУ урОРЧ"М1! * "утуч;!!,! 'I'uIIo-
тн кочебпниа и тока гшглім- по.ччо-г.,т производить п;">дг >; :"Т"лі-ную отбраковку диодов по гумлм тока п a,or:cporop'>:i р>-:нм'"-.
іі. П" ос. -^ р"зрабг.'Т->!чг!:' сумело" мидели пр"'-:і;:е,- гы пк-"Н''' ;><> мґ:7"дч гпгикп <т-~у"туаш:й ч"г':-;'!! и ау:тчіі'уд:і і" лі е'анн-- І'ДГ : ' -/та-
о. ІЧ-.ч'анивл^но, что нагруженные добротности контуров Сіні ч U„2 входят d эквивалентную добротность Q3 колебательно!; сис-'і.:!'і; с ;.r.Litr::.!H зпмкя.мп, в результате чего увеличение Qhl, во многих . -iyi;-j:.х отрицательно влияет.мл г"оіуктуяііпон.чую стабильность частоты в м-ухкоіпур/іч..; ІДГ.
\. ii.je.i'j.'Oj.cim ь-отоднка измерения внс^неіі добротности контура п.-рио!': г?-р::оні:і;и в дьухконтурпоы ГДГ.
L-. Предложены практические рекомендации по снижению уровня ідуї.'л
ЇДІ' 1! ПО ОбОСІЇ^ЧеШШ СТлбГ.ЛЬІЮІЇ рзбО'Ш ГеНергЛ'Ора При ИЗМеЧеНИИ ТОІ.І-
і;ер;,;'у;;: окрумк^и!- средн.
ill -''-"'"'-"пин- расіулгл чтоп работы
Диссертация является составной частью научно-исследовательских р.,ост по т.-кам .7- ООееОЙ, OOefcOI, 'JOobOii, выполнявшихся по плану ва>.;-I- !'.~нх рябої' отраслевой научно-исследовательской лаборатории радиотехники при СІІбГГУ в интересах НПО "Исток" и ЛОЗИ "Светлана". Основные ь.люди,рекомендации, методы расчетов и обобаенныо результаты измере-;.;;!! переданы этим предприятиям и использованы ими о научно-исследовательских и опытных разработках, что подтверждено соответствующими ЯК-
Тп!Ш.
Апрсб'-нпя работы. Основные результаты работы докладывались и об-сум-.дялпсь на ІІ-ІІ Всесоюзной конференции "о:;- . гроникп СБЧ" (г.Орджоникидзе, сентябрь Ittiur.), о-й и. б-fl Всесоюзных научных конференциях "Глуктупппонные явления в Физических системах" (г.Паланга, сентябрь livt г., сентябрь 1991 г.), на Всесоюзном координационном совещании "ПЧ-'луыи в полупроводниковых приборах и устройствах" (г.Черноголовка, имнь IS9I г.), па Всесоюзном совещании ".'.'.плоиумяг-ше Генераторы СВЧ. Состо/.ние разработок и перспективы применения в метрологии" (г.Иркутск, септяерь 1991 г.).
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации отряжены в 3-х статьях, опубликованных в иурнялах "Изв.вузов.Радиофизика" , "електронная техника. Серия Полупроводниковые приборы", б тезисах 4-х докладов на научно-технических конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Основной текст содержит ПО машинописных страниц, VI стр.иллюстраций, 10 таблиц. Список литературы включает 109 наименовании.
