Примеры включения ЛПД в СВЧ устройства

В большинстве случаев в СВЧ устройствах используются приборы, заключенные в корпус. Один из вариантов цилиндрического корпуса для мощного диода показан в двух проекциях на рис. 6.13. В металлическое основание корпуса вмонтирован металлизированный алмазный диск. Благодаря высокой удельной теплопроводности природного алмаза (в 3–6 раз превышающей аналогичный параметр для меди) удается существенно снизить компоненту теплового сопротивления, связанную с растеканием тепла от структуры диода к основанию значительно большего размера. Корпус содержит также изолирующую кварцевую втулку и металлическую крышку, к которой подведен второй вывод диода с помощью золотых полосок. На виде сверху (размещен справа) показана втулка со снятой крышкой. Число контактных полосок может быть различным, что позволяет оптимизировать соотношение паразитной емкости прибора с паразитной индуктивностью выводов.

Рис. 6.13. Цилиндрический корпус с алмазным теплоотводом

Устройства на ЛПД характеризуются повышенным уровнем шума из-за стохастического характера развития процесса лавинного умножения. Поэтому такие приборы применяются главным образом в генераторах или в выходных каскадах многокаскадных усилителях, где требования к уровню шума сравнительно невысоки. В специальной аппаратуре применяются также ЛПД-генераторы шумовых сигналов.

Вариант конструкции коаксиального генератора на ЛПД приведен на рис. 6.14. Длина резонатора ограничена поршнем, перемещение которого позволяет осуществлять механическую перестройку генератора. Выходной сигнал снимается через зазор в поршне. Представленное устройство характеризуется простотой конструкции и широкими возможностями перестройки (при этом может возникнуть необходимость замены диода).

Рис. 6.13. ЛПД-генератор на базе коаксиального волновода

Способ включения ЛПД в прямоугольный волновод иллюстрируется на рис. 6.14. Для улучшения условий согласования диод включен в отрезок волновода пониженной высоты. Переход к выходному волноводу стандартного сечения выполнен с помощью 3-ступенчатого четвертьволнового трансформатора.

Рис. 6.14. Вариант включения ЛПД в прямоугольный волновод

Для настройки генератора используется передвижной поршень, обеспечивающий изменение размера l ₂ . Напряжение питания подается через вспомогательную коаксиальную линию. Дополнительная возможность подстройки реализуется путем перемещения диэлектрической втулки (изменение размера l ₁ ).

На рис. 6.15 показан узел с ЛПД в цилиндрическом корпусе, включенном в микрополосковую линию. К заземляющему основанию линии примыкает массивный металлический теплоотвод. Напряжение питание диода подводится к проводникам линии, которые в месте включения диода могут образовывать дисковый резонатор (более подробно микрополосковая схема диодного генератора рассматривается в следующей главе, см. раздел 7.3).

Рис. 6.15. Включение ЛПД в микрополосковую линию

Лавинно-пролетные диоды используются на частотах от 1 до 300 ГГц и обеспечивают рекордные значения непрерывной выходной мощности среди полупроводниковых приборов. Дополнительное увеличение ее уровня достигается путем сложения мощности нескольких приборов (иногда даже нескольких десятков приборов) в общем резонаторе. При этом удается добиться высокой эффективности суммирования сигналов диодов, близкой к 100 %.

Помимо высокого уровня шума, к недостаткам ЛПД можно отнести высокие напряжения питания (обычно порядка 100 В), что превышает типичные значения для других приборов и представляет особое неудобство для бортовой аппаратуры. Значительное улучшение шумовых характеристик достигается с использованием синхронизирующих сигналов, подаваемых, например, с помощью коротких лазерных импульсов, освещающих активную область диода и фиксирующих время начала процесса лавинного умножения носителей заряда.

7. Диоды Ганна