Конструкция диода Ганна и примеры применения

Вариант конструкции диода Ганна изображен на рис. 7.8. На пластину n‑GaAs с обоих сторон наносятся слои n⁺‑типа для облегчения формирования омических контактов с помощью комбинации металлов In–Au; готовая пластина разрезается на кристаллы требуемой площади.

Рис. 7.8. Вариант конструкции диода Ганна с цилиндрическим корпусом

Здесь же показан в разрезе вариант цилиндрического корпуса на основе изолирующей керамической втулки.

Пример конструкции генератора с диодом, размещенном в коаксиальном резонаторе, приведен на рис. 7.9. Помимо диода Ганна, в резонаторе расположен варикап, предназначенный для электронной перестройки частоты генерации при изменении напряжения смещения U_в .

Рис. 7.9. Генератор Ганна на базе коаксиального резонатора

Механическая перестройка частоты осуществляется путем перемещения короткозамыкающего поршня, ограничивающего длину резонатора. Выходная мощность ответвляется с помощью петли связи во вспомогательную коаксиальную линию.

Для проектирования и анализа рассматриваемого генератора может быть использована упрощенная эквивалентная схема, представленная на рис. 7.10.

Рис. 7.10. Эквивалентная схема коаксиального генератора

Элементы G_d , C_d характеризуют диод Ганна; C_в – емкость варикапа; G_н – активная проводимость нагрузки. Индуктивный элемент L _э отражает суммарную реактивную проводимость резонатора на рабочей частоте.

Максимальный диапазон электронной перестройки частоты генератора составляет обычно около 15 % , в то время как перестройка с помощью поршня может достигать нескольких октав (при работе диода в режиме ОНОЗ).

Вариант конструкции генератора на диоде Ганна в микрополосковом исполнении представлен на рис. 7.11. Диод, размещенный на радиаторе, включен в дисковый резонатор (см. рис. 7.12).

Рис. 7.11. Генератор Ганна в микрополосковом исполнении

Отрезок линии переменной ширины представляет собой трансформатор импеданса и служит для согласования резонатора, содержащего диод, с участком регулярной линии, по которой снимается выходной сигнал. Для компенсации реактивной компоненты проводимости диода использован шлейф оптимизированной длины c на требуемом расстоянии d от резонатора.

Рис. 7.12. Разрез конструкции в сечении включения диода

Эквивалентная схема рассматриваемого генератора приведена на рис. 7.13. К активным элементам диода добавлены емкость корпуса C_p и индуктивность выводов L_s , резонатор отражен в виде параллельного контура. В конце линии подключена согласованная нагрузка Z_c .

Рис. 7.13. Эквивалентная схема микрополоскового генератора на диоде Ганна

Конструкция аналогичного вида может быть использована и для построения генератора на лавинно-пролетном диоде.

Генераторы Ганна характеризуются простотой конструкции и выгодным сочетанием параметров, типичные значения которых для различных диапазонов частот приведены в таблице 7.1. Наивысшая импульсная выходная мощность достигается в режиме ОНОЗ, ее значения являются рекордными для устройств на полупроводниковых приборах.

Таблица 7.1. Типичные параметры генераторов Ганна

По сравнению с ЛПД, диоды Ганна работают при более низких напряжениях питания (обычно несколько вольт), что особенно удобно для бортовой аппаратуры, питающейся от аккумуляторных батарей. Другим важным преимуществом диодов Ганна перед ЛПД является значительно более низкий уровень шума выходного сигнала. Напомним, что при использовании режима ОНОЗ обеспечивается возможность перестройки генераторов в очень широком диапазоне, что недостижимо для аналогичных устройств на ЛПД.

8. Биполярные СВЧ транзисторы