Синхронізація генераторів на лпд імпульсної та безперервної дії у мм-діапазоні довжини хвиль. Частина 2. Стабілізація НВЧ-параметрів синхронізованих генераторів
Анотація
Наведено другу частину роботи, що складається з двох статей, в яких узагальнено результати, досягнуті на цей момент при розробленні синхронізованих генераторів на лавинно-пролітних діодах (ГЛПД). У першій частині було представлено електродинамічні конструкції генераторів, які містять резонансну коливальну систему з кремнієвими лавино-пролітними діодами та синхронізуються зовнішнім джерелом НВЧ-коливань.
В цій статті наводяться методи стабілізації параметрів ГЛПД, які дозволяють створювати когерентні джерела потужності в діапазоні міліметрових хвиль. Особливістю роботи генераторів імпульсної дії є змінювання частоти в межах НВЧ-імпульсу залежно від температури, що призводить до зміни імпедансу діода, а отже й до зміни фази відносно синхронізувального сигналу. Зменшення фазової модуляції або її повне виключення (що необхідно для забезпечення когерентності передавача НВЧ) реалізується шляхом застосування струмової компенсації, тобто при використанні спеціальної форми імпульсу струму управління.
Показано доцільність введення додаткового підігріву напівпровідникової структури ЛПД, завдяки чому початкова температура ЛПД в області переднього фронту кожного імпульсу залишається практично постійною і не залежить від температури навколишнього середовища. Використання цих методів щодо кремнієвих дводрейфових ЛПД дозволило створити синхронізовані генератори з рівнем вихідної потужності від 20 до 150 Вт, які характеризуються високою стабільністю частоти та високим ступенем когерентності в режимі синхронізації зовнішнім сигналом.
В роботі наведено також конструкції та параметри когерентних джерел НВЧ-потужності короткохвильової частини діапазону міліметрових хвиль з використанням нелінійних властивостей ЛПД в режимі радіоімпульсного перетворення. Цей режим забезпечує рівень вихідної потужності сигналу на n-й гармоніці Рвих = 1/n, що істотно перевершує досягнуті характеристики помножувачів частоти з накопиченням заряду, для яких Рвих = 1/n2. Вихідна потужність таких пристроїв досягає рівня 50–20 мВт в діапазоні частот 75–180 ГГц при коефіцієнті множення частоти 1–15.
Посилання
Karushkin N. F. Synchronization of pulsed and continuous-wave IMPATT oscillators in the millimeter wavelength range. Part 1. Generator designs and a generalized model of their external signal synchronization. Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2021, no. 1–2, pp. 10–20. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2021.1-2.10 (Rus)
Belousov N.P., Novozhilov V.V. [Temperature dependence of dynamic characteristics of pulsed IMPATT diodes]. Electronic Equipment. Ser.1. Microwave Electronics. 1987, vol. 3, pp. 23–26. (Rus)
Kasatkin L.V. [Stabilization of microwave parameters of stationary synchronous mode of pulse IMPATT oscillators]. Izvestia VUZov. Radioelectronics. 2001, vol. 44, no. 3, pp. 18–25. (Rus)
Kasatkin L.V., Chayka V.E. Poluprovodnikovyye ustroystva diapazona millimetrovykh voln [Semiconductor Devices of Millimeter Wave Range]. Sevastopol, Weber, 2006, 319 с. (Rus)
Tager A.S., Golant E.M. [Calculation of current stabilization of pulsed IMPATT diodes frequency]. Electronic Engineering. Series 1. Microwave electronics. 1982, vol. 11, pp. 20–23. (Rus)
Tager A.S. [To the calculation of thermal characteristics of semiconductor structures in the short pulse mode]. Electronic Engineering. Ser. 1. Microwave Technique. 1996, vol. 2, pp. 41–47. (Rus)
Kasatkin L.V., Rukin V.P. [Powerful pulsed semiconductor sources of millimeter range in external synchronization mode]. Izvestia VUZov. Radio Electronics, 2005, Т. 48, no. 6, pp. 3–19. (Rus)
Gorbachev A.V. [Experimental studies of methods for stabilizing the parameters of pulsed IMPATT oscillators in the temperature range]. Solid-State Oscillators and Transducers of Millimeter and Submillimeter Ranges. Collected Papers of the Institute of Radiophysics and Electronics of the Academy of Sciences of the UkrSSR, Kharkov. 1989, pp. 33–38. (Rus)
Belousov N.P., Gorbachev A.V., Kasatkin L.V., Novozhilov V.V. [Current Stabilization of Amplitude-Frequency Characteristics of Synchronized IMPATT oscillators in the Temperature Range]. Electronic equipment. Series 1. Microwave Electronics. 1989, vol. 4, pp. 10–15. (Rus)
Eisenhort R., Robertson R. Controlled bias preheating for variable duty factor IMPATT transmitter. IEEE MTT-S International Microwave Symposium Dig., 1985, pp. 529–530.
Karushkin N.F., Kasatkin L.V. [Stabilization of microwave parameters of pulsed IMPATT oscillators]. Electronic Technique. Series 1. Microwave Engineering. 2000, iss. 1 (475), pp. 22–27. (Rus)
Karushkin N.F., Kasatkin L.V., Novozhilov V.V. et al. Generator sverkhvysokochastotnykh radioimpul’sov [Gene¬ra¬tor of Ultra-High Frequency Radio Pulses]. A.s. USSR, no. 1162017, 1983. (Rus)
Kasatkin L.V, Karushkin N.F. Stabilization of RF Parameters of Injection-locked Pulsed IMPATT Oscillators. Microwave Journal. September 2000, pp. 172–180.
Voskresensky D.I., Gostyukhin V.M. [Active antenna arrays]. (Review). Izvestia VUZov. Radioelectronics. 1983, vol. 25, no. 2, pp. 4–17. (Rus)
Dvornikov A.A., Utkin G.M., Chukov A.M. [On the external synchronization of the auto-oscillatory AFAR]. Izvestia VUZov. Radiophysics. 1980, vol. 23, no. 5, pp. 547–554. (Rus)
Gorbachev A.V., Kasatkin L.V. [Cascade power summation in external synchronization mode]. Electronic Equipment. Ser. 1 UHF Electronics. 1989, iss. 10, pp. 22–27. (Rus)
Karushkin N.F., Kasatkin L.V. [Pulsed solid-state IMPATT oscillators of millimeter wave range]. Izvestia VUZov. Radiotekhnika. 1999, no. 10, pp. 3–10. (Rus)
Dvornikov A.A., Utkin G.M. [On the addition of the powers of many auto oscillators]. Radiotekhnika i Elektronika. 1974, no. 3, pp. 550–559. (Rus)
Chukov A.M. [On mutual synchronization of microwave auto oscillators]. MPEI Proceedings. 1981, iss. 547, pp. 114–116. (Rus)
Taranenko V.P., Kotserzhinsky B.A., Machussky E.A. [Solid-state microwave oscillators of the millimeter range of radio waves]. Izvestia VUZov. Radioelectronics. 1978, vol. 21, no. 10, pp. 4–24. (Rus)
Karushkin N.F., Kasatkin L.V., Khitrovsky V.A. [Development experience of solid-state coherent transmission devices of high power level in Ka-band]. Izvestia VUZov. Radioelectronics. 2003, no. 2, pp. 3–8. (Rus)
Kasatkin L.V. [Broadband pulse microwave oscillators on LPD in the mode of external synchronization]. Izvestia VUZov. Radioelectronics. 2002, vol. 45, no. 2, pp. 15–24. (Rus)
Tarasyuk V.M., Basanets V.V., Boltovets N.S. et al. [Silicon IMPATT diodes of 8-millimeter range for powerful pulsed single diode microwave oscillators]. Tekhnika i pribory SVCh. 2011, no. 1, pp. 21–23. (Rus)
Kasatkin L.V., Chayka V.E. Poluprovodnikovyye ustroystva diapazona millimetrovykh voln [Semiconductor Devices of Millimeter Wave Range]. Sevastopol, Weber, 2006, 319 с. (Rus)
Chang R., Sun C. Millimeter-wave power combining techniques. IEEE Transactions on MTT, 1983, vol. 31, no. 5, pp. 91–107. Scientific research Institute “RI “Orion”, Kyiv, Ukraine. URL: http://orion.org.ua/
Moony W., Bayuk F. Injection locking performance of 41 GHz 10 W power combining amplifier. IEEE Transactions on MTT, 1983, vol. 31, no. 2, pp. 171–176.
Chang K., Ebert R. Power combining near 94 GHz. IEEE International Solid-State Circuit Conf. 1980. Session X: Microwave Circuits, pp. 16–18.
Bauer T., Treger J., Claassen M. A resonant-cap power combiner for two-terminal millimeter wave devices. IEEE Transactions on MTT. 1997, vol. 45, no. 2, pp. 146–148.
Karushkin N.F. [Millimeter range power sources on IMPATT diodes with distributed parameters]. Izvestia VUZov. Radioelectronics. 1999, vol. 42, no. 7, pp. 47–54. (Rus)
Teoriya liniy peredachi sverkhvysokikh chastot [Theory of Microwaves Transmission Lines]. Red. by A.I. Shpuntov. Part II. Sov. Radio, 1951, 280 р. (Rus)
Dvornichenko V.P., Karushkin N.F., Malyshko V.V., Orekhovsky V.A. [Semiconductor pulse oscillator with electronic switching of Ka-band frequency]. Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2015, no. 4, рр. 3–7. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2015.4.03 (Rus)
Gorbachev О., Kasatkin L. Complex coaxial-waveguide transitions at millimeter-waves. Microwave Journal, 2001, vol. 44, рр. 90–100.
Dvornichenko V.P., Karushkin N.F., Maltsev S.B., Chayka V.E. [Operation of IMPATT diode in radio pulse frequency multiplication mode]. Electronic equipment. Ser.1. Microwave Electronics. 1985, vol. 4 (376), pp. 40–44. (Rus).
Karushkin N.F. [Frequency multipliers on semiconductor diode structures]. Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature. 2018, no. 13, pp. 22–36. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2018.3.22 (Rus)
Karushkin N.F. [Millimeter wave modules]. Radiophysics and Electronics. 2004, vol. 9, no. 1, pp. 295–303. (Rus)
Gorlachev V.E., Dvornichenko V.P., Karushkin N.F. [Semiconductor Diode Housing]. Pat. 9375, Ukraine, 1996. (Rus)
Kasatkin L.V. [Pulse self oscillators in phase synchronization mode with a pulsed coherent signal (coherent magnetrons)]. Izvestia VUZov. Radioelectronics. 2006, vol. 49, no. 4, pp. 38–45. (Rus)
Karushkin N.F., Maltsev S.B., Khitrovsky V.A. [Solid-state microwave modules for radio equipment and systems of millimeter wavelength range]. Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature. 2016, no. 1, pp. 3–7. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2016.1.03 (Rus)
Melezhik P.N., Muskin Yu.N., Zuikov V.A. et al. [Experimental evaluation of the coherence characteristics of the Ka-band transceiver module]. Tekhnika i Pribory SVCh. 2008, no. 2, pp. 19–23. (Rus)
Sidko V.I., Khitrovsky V.A. [High-precision measurement of phase ultra-low noise stable oscillators and frequency synthesizers under the influence of vibration and acoustic noise]. 10th International Crimean Conference. Microwave Engineering and Telecommunication Technologies. Sevastopol, Weber, 2000, pp. 540–542. (Rus)
Karushkin N.F., Zvershkhovsky I.V., Poigina M.I. [Solid-state devices of millimeter electronic engineering]. Electronic Engineering. Ser. 1. Microwave Electronics. 1993, vol. 5–6, pp. 20–24. (Rus)
Kolosov V.V., Myasin E.A. [Noise radar of the millimeter range]. RENSIT, 2018, vol. 10, no. 2, pp. 235–256. (Rus)
Karushkin N.F. [Solid-state components and devices of terahertz electronic technology in Ukraine]. Radiophysics and Electronics. 2018, vol. 23, no. 3, pp. 40–64. (Rus).
Авторське право (c) 2021 Технологія та конструювання в електронній апаратурі
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
