Главная
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2021, № 3-4, с. 17-29.
DOI: 10.15222/TKEA2021.3-4.17
УДК 621.314.26:621.382.64
Синхронізація генераторів на лпд імпульсної та безперервної дії у мм-діапазоні довжини хвиль. Частина 2. Стабілізація НВЧ-параметрів синхронізованих генераторів
(російською мовою)
Карушкін М. Ф.

Україна, м. Київ, Науково-дослідний інститут «Оріон».

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.

Ключові слова: діапазон міліметрових хвиль, синхронізація, перетворювач частоти, генератор, лавинно-пролітний діод.

Дата подання рукопису 23.03 2021
Використані джерела
  1. Карушкин Н. Ф. Синхронизация генераторов на ЛПД импульсного и непрерывного действия в мм-диапазоне длин волн. Часть 1. Конструкции генераторов и обобщенная модель их синхронизации внешним сигналом. Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2021, № 1–2, с. 10–20. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2021.1-2.10
  2. Белоусов Н.П., Новожилов В.В. Температурная зависимость динамических характеристик импульсных ЛПД. Электронная техника. Сер.1. Электроника СВЧ. 1987, вып. 3, с. 23–26.
  3. Касаткин Л.В. Стабилизация СВЧ параметров стационарного синхронного режима импульсных генераторов на ЛПД. Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. 2001, т. 44, № 3, c. 18–25.
  4. Касаткин Л.В., Чайка В.Е. Полупроводниковые устройства диапазона миллиметровых волн. Севастополь. Вебер. 2006, 319 с.
  5. Тагер А.С., Голант Е.М. Расчет токовой стабилизации частоты импульсных ЛПД. Электронная техника. Серия 1. Электроника СВЧ. 1982, вып. 11, с. 20–23.
  6. Тагер А.С. К расчету тепловых характеристик полупроводниковых структур в режиме коротких импульсов. Электронная техника. Сер. 1. СВЧ техника. 1996, вып. 2, с. 41–47.
  7. Касаткин Л.В., Рукин В.П. Мощные импульсные полупроводниковые источники миллиметрового диапазона в режиме внешней синхронизации. Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. 2005, т. 48, № 6, с. 3–19.
  8. Горбачев А.В. Экспериментальные исследования методов стабилизации параметров импульсных ГЛПД в интервале температур. Твердотельные генераторы и преобразователи миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Сб. Науч. трудов Институт радиофизики и электроники АН УССР, Харьков. 1989, с. 33–38.
  9. Белоусов Н.П., Горбачев А.В., Касаткин Л.В., Новожилов В.В. Токовая стабилизация амплитудно-частотных характеристик синхронизированных импульсных ГЛПД в интервале температур. Электронная техника. Серия 1. Электроника СВЧ. 1989, вып. 4, с. 10–15.
  10. Eisenhort R., Robertson R. Controlled bias preheating for variable duty factor IMPATT transmitter. IEEE MTT-S International Microwave Symposium Dig. 1985, p. 529–530.
  11. Карушкин Н.Ф., Касаткин Л.В. Стабилизация СВЧ параметров импульсных ГЛПД. Электронная техника. Серия 1. СВЧ-техника. 2000, вып. 1 (475), с. 22–27.
  12. Карушкин Н.Ф., Касаткин Л.В., Новожилов В.В., Добрянский В.С., Илинецкий В.В. Генератор сверхвысокочастотных радиоимпульсов. А.с. СССР, no. 1162017, 1983.
  13. Kasatkin L.V, Karushkin N.F. Stabilization of RF Parameters of Injection-locked Pulsed IMPATT Oscillators. Microwave Journal. September 2000, pp. 172–180.
  14. Воскресенский Д.И., Гостюхин В.М. Активные антенные решетки. (Обзор). Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. 1983, т. 25, № 2, с. 4–17.
  15. Дворников А.А, Уткин Г.М., Чуков А.М. О внешней синхронизации автоколебательной АФАР. Известия ВУЗов. Радиофизика. 1980, т. 23, № 5, с. 547–554.
  16. Горбачев А.В., Касаткин Л.В. Каскадное суммирование мощностей в режиме внешней синхронизации. Электронная техника. Сер. 1 Электроника СВЧ. 1989, вып.10, с. 22–27.
  17. Карушкин Н.Ф., Касаткин Л.В. Импульсные твердотельные генераторы миллиметрового диапазона волн на ЛПД. Известия ВУЗов. Радиотехника. 1999, № 10, с. 3–10.
  18. Дворников А.А., Уткин Г.М. О сложении мощностей многих автогенераторов. Радиотехника и электроника. 1974, № 3, с. 550–559.
  19. Чуков А.М. О взаимной синхронизации линейки СВЧ автогенераторов. Труды МЭИ. 1981, вып. 547, с. 114–116.
  20. Тараненко В.П., Коцержинский Б.А., Мачусский Е.А. Твердотельные генераторы СВЧ колебаний миллиметрового диапазона радиоволн. Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. 1978, т. 21, № 10, с. 4–24.
  21. Карушкин Н.Ф., Касаткин Л.В., Хитровский В.А. Опыт разработки твердотельных когерентных передающих устройств высокого уровня мощности в Ка-диапазоне. Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. 2003, № 2, с. 3–8.
  22. Касаткин Л.В. Широкополосные импульсные генераторы СВЧ на ЛПД в режиме внешней синхронизации. Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. 2002, т. 45, № 2, с. 15–24.
  23. Тарасюк В.М., Басанец В.В., Болтовец Н.С. и др. Кремниевые лавинно-пролетные диоды 8-мм диапазона для мощных импульсных однодиодных СВЧ-генераторов. Техника и приборы СВЧ. 2011, № 1, с. 21–23.
  24. Касаткин Л.В., Чайка В.Е. Полупроводниковые устройства диапазона миллиметровых волн. Севастополь. Вебер. 2006, 319 с.
  25. Chang R., Sun C. Millimeter-wave power combining techniques. IEEE Transactions on MTT. 1983, vol. 31, no. 5, pp. 91–107.
  26. Государственное предприятие «Научно-исследовательский институт "Орион", Киев. Украина. URL: http://www.orion.org.ua.
  27. Moony W., Bayuk F. Injection locking performance of 41 GHz 10 W power combining amplifier. IEEE Transactions on MTT. 1983, vol. 31, no. 2, p. 171–176.
  28. Chang K., Ebert R. Power combining near 94 GHz. IEEE International Solid-State Circuit Conf. 1980. Session X: Microwave Circuits, p. 16–18.
  29. 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, p. 146–148.
  30. Карушкин Н.Ф. Источники мощности миллиметрового диапазона на лавинно-пролетных диодах с распределенными параметрами. Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. 1999, т. 42, № 7, c. 47–54.
  31. Теория линий передачи сверхвысоких частот. Перевод с англ. под ред. А.И. Шпунтова. Часть II. Сов. Радио, 1951, 280 с.
  32. Дворниченко В.П., Карушкин Н.Ф., Малышко В.В., Ореховский В.А. Полупроводниковый генератор импульсного действия с электронным переключением частоты Ка-диапазона. Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2015, № 4, c. 3–7. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2015.4.03
  33. Gorbachev О., Kasatkin L. Complex coaxial-waveguide transitions at millimeter-waves. Microwave Journal, 2001, vol. 44, р. 90–100.
  34. Дворниченко В.П., Карушкин Н.Ф., Мальцев С.Б., Чайка В.Е. Работа ЛПД в режиме радиоимпульсного умножения частоты. Электронная техника. Сер.1. Электроника СВЧ. 1985, вып. 4 (376), c. 40–44.
  35. Карушкин Н.Ф. Умножители частоты на полупроводниковых диодных структурах. Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2018, № 13, c. 22–36. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2018.3.22
  36. Карушкин Н.Ф. Модули миллиметрового диапазона длин волн. Радиофизика и электроника, 2004, т. 9, № 1, с. 295–303.
  37. Горлачев В.Е., Дворниченко В.П., Карушкин Н.Ф. Корпус полупроводникового диода. Пат. 9375 Украины, 1996.
  38. Касаткин Л.В. Импульсные автогенераторы в режиме фазовой синхронизации импульсным когерентным сигналом (когерентные магнетроны). Известия ВУЗов. Радиоэлектроника, 2006, т. 49, № 4, с. 38–45.
  39. Карушкин Н.Ф., Мальцев С.Б., Хитровский В.А. Твердотельные СВЧ-модули для радиотехнической аппаратуры и систем миллиметрового диапазона длин волн. Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2016, № 1, c. 3–7. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2016.1.03
  40. Мележик П.Н., Муськин Ю.Н., Зуйков В.А. и др. Экспериментальная оценка характеристик когерентности приемо-передающего модуля Ка-диапазона. Техника и приборы СВЧ. 2008, № 2, c. 19–23.
  41. Сидько В.И., Хитровский В.А. Высокоточное измерение фазовых сверхмалошумящих стабильных генераторов и синтезаторов частоты при воздействии вибрации и акустического шума. 10-я Международная Крымская конференция. СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии. Севастополь, Вебер, 2000, c. 540–542.
  42. Карушкин Н.Ф., Звершховский И.В. Пойгина М.И. Твердотельные приборы электронной техники ММ-диапазона. Электронная техника. Сер. 1 Электроника СВЧ. 1993, вып. 5–6, c. 20–24.
  43. Колосов В.В., Мясин Е.А. Шумовой радиолокатор миллиметрового диапазона. РЭНСИТ, 2018, т. 10, № 2, c. 235–256.
  44. Карушкин Н.Ф. Твердотельные компоненты и устройства электронной техники терагерцового диапазона в Украине. Радиофизика и электроника. 2018, т. 23, № 3, c. 40–64.