СВЧ-генератор на основе эффекта Ганна

Прибором, реализующим эффект ганновской генерации, является диод, построенный на основе однородного полупроводникового образца (чаще – GaAs). Конструкция диода Ганна представлена на рис. 4.

Рабочая часть диода – пластинка толщиной 10 мкм из однородного GaAs (концентрация носителей заряда ). С обеих сторон рабочей части созданы приконтактные - области GaAs (концентрация носителей заряда ) толщиной примерно равной 100 мкм.

Трехслойная полупроводниковая структура (1) помещена в керамический корпус (6). Над одним из приконтактных n+ - слоев создан металлический катодный контакт (2), к которому присоединяются контакты – проволочки из золота (3), припаянные к внешнему выводу катода (5). Другой приконтактной - подложкой полупроводниковая структура присоединена к теплопроводящему медному выводу (7), выполняющему функцию анода.

Работа генераторного диода непосредственно на включенную последовательно с ним нагрузку имеет очень низкий КПД. Существенное увеличение КПД генератора, а также расширение частотного диапазона можно получить, применяя настраиваемую LCR - цепь (колебательный контур). Поскольку чаще диоды Ганна применяются для СВЧ генерации, то такой настраиваемой LCR - цепью является объемный резонатор.

На рис.5 представлена конструкция генератора СВЧ, выполненного по авторскому свидетельству СССР № 608402 и используемого в работе. Генератор СВЧ включает в себя одноволновый прямоугольный резонатор 1, в центре которого установлен диод Ганна 2, подвод постоянного напряжения к диоду осуществляется через анодированный штырь 3, который изолирован по постоянному току от корпуса резонатора. В то же время между штырем 3 и корпусом существует емкость, достаточная для короткого замыкания токов СВЧ. Один конец резонатора коротко замкнут, а на другом выполнено отверстие связи 4 для вывода мощности СВЧ-колебаний в нагрузку. Элементом перестройки частоты резонатора являются два равновеликих жестко связанных между собой штыря 5, которые выполнены с возможностью перемещения вдоль своей оси. Так как штыри 5 расположены на расстоянии /4 и /4 от короткозамкнутого конца резонатора в пучностях электрической составляющей СВЧ поля, то их перемещение приводит к изменению сосредоточенных емкостей и перестройке генератора. В то же время, из-за того, что штыри 5 перемещаются совместно, структура СВЧ поля в месте расположения диода Ганна не меняется, то есть диод Ганна согласован с резонатором при любом положении штырей при их совместном перемещении. Этим обеспечивается получение высокой генерируемой мощности СВЧ в диапазоне рабочих частот генератора.

Рис.4. Конструкция диода Ганна.

Рис.5. Генератор на основе диода Ганна.