Исследование эффекта автодинного детектирования в многоконтурном генераторе на диоде Ганна

Рис. 3.1.

использовался диод типа КД503А[2]. Для контроля СВЧ-колебаний использовался измеритель мощности типа Я2М-66. Кроме того, в ходе экспериментальных исследований регистрировался постоянный ток, протекающий через диод Ганна, по падению напряжения на резисторе с сопротивлением порядка 1 Ом, включённом в цепь питания диода Ганна.

Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 3.1. Она включает в себя источник питания СВЧ-выключателя 1 для раздельного воздействия сигналами СВЧ и НЧ, источник питания диода Ганна 2, схему обработки информации и индикации 3, детекторный диод 4, разделительный конденсатор 5, СВЧ-выключатель 6, диод Ганна 7, конденсатор низкочастотного колебательного контура 8 и катушку индуктивности 9, располагающейся на поверхности выходного фланца волновода.

В результате экспериментальных исследований было обнаружено, что в режиме многочастотной генерации изменение нагрузки в СВЧ-цепи (т.е. изменение положения короткозамыкающего поршня) приводит к изменению сигнала, продетектированному в НЧ-цепи, а изменение нагрузки в НЧ-цепи (т.е. изменение индуктивности или ёмкости) приводит к изменению сигнала в СВЧ-цепи. При этом изменения  продетектированных в этих цепях сигналов могут быть как одинакового, так и противоположного знаков. Как следует из результатов, приведённых на Pис. 3.2, зависимости величины продетектированных  в НЧ- и СВЧ-цепях сигналов DUнч и DIсвч от перемещения короткозамыкающего поршня периодичны и имеют локальные максимумы и минимумы. На этом же рисунке приведена зависимость мощности выходного сигнала РCВЧ СВЧ- генератора на диоде Ганна от перемещения короткозамыкающего поршня.

Зависимости величины продетектированных  в НЧ (1) и СВЧ (2) цепях сигналов и зависимость мощности выходного сигнала (3) от положения короткозамыкающего поршня.

Рис 3.2.

Заключение.

При выполнении дипломной работы были получены следующие результаты:

1. Проведен анализ современного состояния проблемы измерения параметров  материалов и структур с помощью эффекта автодинного детектирования.

2. Построена теоретическая модель многоконтурного автодинного генератора на диоде Ганна, разработана и описана эквивалентная схема.

3. На основе построенной модели составлена программа для расчета параметров многоконтурного генератора на диоде Ганна.

4. Проведено  компьютерное   моделирование   работы многоконтурного автодина на диоде Ганна.

5. Теоретически и экспериментально исследованы особенности проявления эффекта автодинного детектирования в многоконтурном генераторе на диоде Ганна с низкочастотным колебательным контуром в цепи питания. Обнаружено, что изменение нагрузки в СВЧ- и НЧ-цепях могут вызывать изменение продетектированных в этих цепях сигналов как одинакового, так и противоположного знаков.

Установлено, что наблюдавшиеся экспериментально локальные максимумы и минимумы на зависимостях продетектированного сигнала от изменения нагрузки в СВЧ-цепи обусловлены наличием в спектре выходного сигнала СВЧ-генератора на диоде Ганна высших гармоник.

Литература.

1.   Альтшулер Ю. Г., Сосунов В. А., Усов Н. В. Измерение малых амплитуд механических перемещений с применением открытого СВЧ резонатора // Известия ВУЗов. - Радиоэлектроника. - 1975. - Т.18. - №10. - С.93-98.

2.   Усанов Д.А., Авдеев А.А. Использование эффекта автодинного детектирования в генераторах на диодах Ганна для двухпараметрового измерения диэлектриков // Дефектоскопия.- 1995. - №4. - С.42-45.

3.   Усанов Д.А., Тупикин В.Д., Скрипаль А.В., Коротин Б.Н. Использование эффекта автодинного детектирования в полупроводниковых СВЧ генераторах для создания устройств радиоволнового контроля // Дефектоскопия. - 1995. - №5. - С.16-20.

4.   Зак Е. Когерентные световые методы измерения параметров механических колебаний // Зарубежная радиоэлектроника. - 1975. - №12. - С. 70-76.

5.   Викторов В. А., Лункин Б. В., Совлуков А. С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов, - М.: Энергоиздат. - 1989.

6.   Коломойцев Ф. Н., Быстряков Н. П., Снежко Е. М., Налча Г. И., Харагай А. С. СВЧ установка для измерения вибраций // Измерительная техника. - 1971. - №11. - С. 45-46.

7.   Коган И. М., Тамарчак Д. Я., Хотунцев Ю. Л. Автодины // Итоги науки и техники. - Радиоэлектроника. - 1984. - Т.33. - С. 3-175.

8.   Коротов В. И., Хотунцев Ю. Л. Энергетические характеристики допплеровских автодинов на полупроводниковых приборах // Радиотехника и электроника. - 1990. - Т.35. - №7. - С. 1514-1517.

9.   Хотунцев Ю.Л., Тамарчак Д.Я. Синхронизированные генераторы и автодины на полупроводниковых приборах. М.: Радио и связь, -  1982. - 240 с.

10.Шокли В. Теория электронных полупроводников. Пер. с англ. / под ред. Жузе. - М.: Иностранная литература. - 1953. -С. 558.

11. Еленский В. Г. Инжекционно - пролетные диоды с проколом базы, BARITT - диоды // Зарубежная радиоэлектроника. - 1977. - №11. - С.98-103.

12. Усанов Д.А., Вагарин А.Ю., Безменов А.А. Об использовании детекторного эффекта в генераторах на ЛДД для измерения диэлектричекой проницаемости материалов // Дефектоскопия. - 1981. - №11. - С.106-107.

13. Усанов Д. А., Горбатов С. С., Семенов А. А. Изменение вида вольт - амперной характеристики диода Ганна в зависимости от режима его работы на СВЧ // Известия ВУЗов. - Радиоэлектроника. - 1991. - Т.34. - №5. - С.107-108.

14. Васильев Д. В., Витель М. Р., Горшенков Ю. Н. и др. Радиотехнические цепи и сигналы / под ред. Самойло К. А. - М.: Радио и связь. - 1982.

15.Murayama K., Ohmi T. Static Negative Resistance in Highly Doper Qunn Diodes and Application for Switching and Amplification // Japan. J. Appl. Phys.  1973.  V.12. №12.  P.1931.

16. Эберт К., Эдерер Х. Компьютеры. Применение в химии. Пер. с нем. - М.: Мир, - 1988. - 416 с.

17. Усанов Д.А., Вагарин А.Ю., Вениг С.Б. Использование детекторного эффекта в СВЧ генераторе на диоде Ганна для измерения параметров диэлектриков // Дефектоскопия. - 1985. - №6. - С.78-82.

18.Усанов Д.А., Скрипаль А.В. Эффект автодинного детектирования в генераторах на диодах Ганна и его использование для контроля толщины и диэлектрической проницаемости материалов / Изв. ВУЗов. - Радиоэлектроника. - 1987. - Т.30. - №10. - С.76-77.

19.Усанов Д.А., Безменов А.А., Коротин Б.Н. Устройство для измерения толщины диэлектрических плёнок, напыляемых на металл / ПТЭ. - 1986. - №4. - С.227-228.

20.Усанов Д.А., Коротин Б.Н. Устройство для измерения толщины металлических плёнок, нанесённых на диэлектрическую основу / ПТЭ. - 1985. - №1.- С.254.

21.Усанов Д.А., Вагврин А.Ю., Коротин Б.Н. Устройство для измерения параметров диэлектрических материалов. Авт. свид. №1161898. - Бюл. изобр. - 1985. - №22. - С.184-185.

22.Усанов Д.А., Тупикин В.Д., Скрипаль А.В., Коротин Б.Н. Радиоволновые измерители на основе эффекта автодинного детектирования в полупроводниковых СВЧ генераторах / Тез. докл. Всесоюзной научно-технической конференции “Оптические, радиоволновые и тепловые методы и средства неразрушающего контроля качества промышленной продукции”. - Саратов: Изд. СГУ. - 1991. - С.4-6.

23.Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Коротин Б.Н., Лицов А.А., Гришин В.К., Свирщевский С.Б., Струков А.З. Устройство для измерения параметров диэлектрических материалов. Авт. свид. №1264109. - Бюлл. изобр. - 1986. - №38. - С.138.

24.Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Орлов В.Е, Гришин В.К., Левин М.Н., Ефимов В.П. Способ измерения амплитуды вибраций осе симметричных объектов. Авт. свид. №1585692. - Бюлл. изобр. - 1990. - №30. - С.204.

25.Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Пер. с амер. / под ред. Арамаковича И. Г. - М.:Наука. - 1973. - 831 с.

26. Будак Б. М., Фомин С. В. Кратные интегралы и ряды. - М.:Наука. - 1965. - 608 с.

27. Маккракен Д., Дорн У. Численные методы и программирование на ФОРТРАНе. Пер. с англ. / под ред. Наймарка Б. М. - М.:Мир. - 1977. - 584 с.

Приложение. Текст программы для моделирования процессов в многоконтурном генераторе на диоде Ганна.

{$A+,B-,D-,E-,F-,G-,I+,L+,N+,O-,P-,Q-,R-,S+,T-,V+,X+}

program gist_f3;

uses  crt,graph,AN;

      label 1,2;

const

        n=15;

        q1=1.6e-19;

        n123=1e21;     c2=0.03e-12;

        s123=1e-8;     c3=0.3e-12;

        mm1=0.6;       c4=0.8e-12;

        Lg=1e-5;       c5=10e-12; { отсечение НЧ цепи }

        Eb=4e5;        c6=1e-6;

        T10=300.0;     c7=15e-12;

        r1=0.01;       l2=0.2e-9;

        r3=1;          l3=0.6e-9;

        r4=0.0005;     l4=0.01e-9; { крутим }

        r5=100;        l5=100e-9;

        Eds=3.8;       l6=35e-9;

                       l7=0.12e-9;

        ll0=0.03; {sm}

        llk=0.046;     maxpoint=1000000000;

        z0=39.43e3;

Type     FL=EXTENDED;

Type     ry=array[1..1100]of  FL;

Type     tt=array[1..N]of FL;

var sign,g1,sign1,sign2,sign3:ry;

    oldy1,oldy:array[1..10] of integer;

    K1,y,f,w:tt;

    delta_i,frequency,old_f,old_cur,di,oldc1,oldc2,c1,l1,      sign0,d_visir,bn,iv1,iv11,iv12,x,h,vp1,smax,f0,s0,Vs,Vs1,      y1,s1,ppp:FL;

    mark,count,fcount,point,deltax,fsign,gd,oldx,oldx1,dh,dj,

     visir_1,visir_2,visir_3,visir_4,k,aaa,i,ii,iii,phas_x,      phas_y:integer;

    round,fpoint,iii1,loop:longint;

     visir_f,visir_f1,visir_s,power,size_x,size_y:real;

    c:char;

    P: Pointer;

    Size: Word;

    s:string;

Procedure current;

var U:real;       { BAX }

begin

     Vs:=eds/(Eb*Lg);

     Vs1:=Vs*Vs*Vs;

     Vs:=(1+0.265*Vs1/(1-T10*5.3E-4))/(1+Vs1*Vs);

     Vs:=1.3E7*Eds*Vs/T10;

     if y[3]<3.3 then u:=y[3];

     if y[3]>3.6 then u:=y[3]+2

     else begin

        if f[3]>0 then u:=y[3]

         else u:=y[3]+2;

     end;

     iv12:=sqr(sqr(u/eb/Lg));

     iv11:=mm1*u/Lg+vs*iv12;

1	2	3	4	5	6	7