Волноводная конструкция ГЛПД

Волноводная конструкция ГЛПД применяется, как в сантиметровом, так и миллиметровом диапазоне длин волн

Продольное сечение волноводного ГЛПД

ЛПД 1 размещается перпендикулярно широким стенкам волновода 2. Фланец 3 служит для присоединения к внешнему СВЧ тракту. Для получения оптимальных характеристик ГЛПД вводятся подстроечные штыри 5 и 6. Изменение связи резонатора с нагрузкой производится штырём 7, а между резонаторами — штырём 8. С помощью варикапа 4 производится электронная перестройка частоты генератора.

ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ГЕНЕРАТОРА НА ЛПД

Свойства генератора на ЛПД в сантиметровом диапазоне можно приближенно описать, используя эквивалентную схему, изображённую на рисунке 6.15 и представляющую собой сочетание описанной выше схемы ЛПД (рисунок 6.9) с параметрами внешнего контура (резонатора).

Эквивалентная схема ГЛПД

Последний, представлен полным реактивным сопротивлением X _к и активным сопротивлением R _к, включающим в себя приведённое сопротивление нагрузки X ′_н и R ′_н:

(6.10)

Здесь X _р и R _р — реактивное и активное сопротивления резонатора.

Основную трудность при расчётах по методу эквивалентных схем вызывает определение параметров р–n -перехода (X _д, r _д и r_s). В общем случае эти величины представляют собой сложные функции, зависящие от рабочего тока диода I ₀, частоты ω, амплитуды высокочастотного поля E _вч и свойств полупроводника (степени легирования примесями, технологии изготовления и т.д.). Однако для случая, когда ток диодов I ₀ не слишком превосходит пусковой ток I _пуск, определяющий начало возникновения колебаний, реактивное сопротивление можно представить следующей зависимостью:

(6.11)

где C _д — ёмкость р–n -перехода, имеющая значение в пределах 0,1 … 0,3 пФ. Формула (6.11) позволяет найти частоту генерации такого прибора. Действительно, используя уравнение стационарной частоты колебаний в виде Σ X = 0, получим

(6.12)

В этом выражении реактивное сопротивление резонатора принято индуктивным: X = ωL _р. Связано это с тем, что при малой величине индуктивности корпуса диода (L _п ≈ 10^-⁹ Гн) для компенсации оставшихся двух ёмкостных сопротивлений необходима индуктивная настройка резонатора. Решение уравнения (10) можно записать в следующем виде:

(6.13)

где ω _р² = 1 / (L _р C _р) –	резонансная частота промежуточного параллельного контура;
ω _I ² = 1 / (L _р C _д) –	резонансная частота последовательного контура;
ω ₂² = ω _I ² (1 + C _д / C _п) –	резонансная частота собственного контура диода.

Из двух возможных значений частоты ω _I и ω _п устойчивой, как правило, является низшая ω _I < ω _п.

ПЕРЕСТРОЙКА ЧАСТОТЫ ГЛПД

Электронная перестройка частоты

Перестройка частоты может осуществляться путём изменения реактивных параметров контура автогенератора (см. рисунок 14) за счёт изменения тока питания диода I ₀.

При изменении тока питания диода I ₀ частотная модуляция проявляется как следствие зависимости реактивного сопротивления диода от тока питания X _д (I ₀). Модуляционная характеристика (зависимость девиации частоты Δ f от I ₀) близка в этом случае к линейной.для частот модуляции, не превышающих нескольких сотен мегагерц, а крутизна её зависит от параметров диода и добротности контура генератора. Обычно для генераторов сантиметрового диапазона крутизна характеристики составляет несколько мегагерц на миллиампер.

Перестройка частоты током питания

Недостатком этого способа модуляции является относительно небольшая девиация частоты (0,15 … 0,3%) и высокий уровень паразитной амплитудной модуляции, которая возникает вследствие зависимости отрицательного сопротивления диода от тока питания и вынуждает ограничивать максимальную девиацию частоты.

Перестройка частоты варикапом

Значительно лучшие результаты можно получить при полном или частичном включении варикапа в контур генератора, что эквивалентно включению дополнительной управляемой емкости C _в (U) и сопротивления потерь варикапа R _в. При полном включении варикап включается непосредственно в контур генератора (последовательно или параллельно диоду); при частичном включении он связан с контуром генератора с помощью трансформатора связи либо специального элемента связи.

Схема включения варикапа в контур ГЛПД: а — полное; б — частичное

При полном включении варикапа можно получить максимальную девиацию частоты, однако потери в контуре при этом сильно увеличиваются из-за сопротивления потерь варикапа, что приводит к значительному уменьшению контурного к.п.д. и выходной мощности генератора.

Полное включение позволяет осуществить девиацию частоты 20 … 40 % при изменении выходной мощности не более чем на 3 дБ.

При частичном включении девиация частоты и вносимые потери зависят от степени связи варикапа с резонатором. В этом случае в сантиметровом диапазоне возможно получение девиации частоты 1 … 5% при потерях мощности 0,5 … 0,8 дБ.