Синхронізація генераторів на лпд імпульсної та безперервної дії у мм-діапазоні довжини хвиль. Частина 2. Стабілізація НВЧ-параметрів синхронізованих генераторів
This is the second part of the two-part article, which summarizes the state-of-the-art results in the development of synchronized oscillators based on IMPATT (IMPact ionization Avalanche Transit-Time) diodes. The first part of the paper presented the electrodynamic design of oscillators, which conta...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers
2021
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2021.3-4.17 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technology and design in electronic equipment |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Technology and design in electronic equipment| _version_ | 1868113251874635776 |
|---|---|
| author | Karushkin, Mykola |
| author_facet | Karushkin, Mykola |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Mykola Karushkin",
"institution": "Research institute «Orion», Kyiv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Karushkin, Mykola |
| baseUrl_str | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-06-15T12:23:58Z |
| description | This is the second part of the two-part article, which summarizes the state-of-the-art results in the development of synchronized oscillators based on IMPATT (IMPact ionization Avalanche Transit-Time) diodes. The first part of the paper presented the electrodynamic design of oscillators, which contain a resonant oscillatory system with silicon IMPATT diodes and are synchronized by an external source of microwave oscillations.The second part of the paper considers the methods for stabilizing the parameters of IMPATT oscillators, which make it possible to create coherent power sources in the millimeter wavelength range. The specifics of pulse generators lies in the change in frequency within the microwave pulse relative to the change in temperature, which leads to a change in the impedance of the diode and thus to a phase change with respect to the synchronizing signal. Phase modulation is reduced or completely eliminated (which is necessary to ensure the coherence of the microwave transmitter) by using current compensation, i.e., by using the control current pulse with a special shape.The study demonstrates the expediency of introducing additional heating of the semiconductor structure of the IMPATT diode, which allows the initial temperature of the IMPATT diode in the region of the leading edge of each pulse to remain virtually constant and independent of the ambient temperature. Using these methods on silicon double-drift IMPATT diodes allowed creating synchronized oscillators with high frequency stability and an output power level from 20 to 150 W, which have a high degree of coherence in the synchronization mode with an external signal.The paper also presents the designs and parameters of coherent microwave power sources in the short-wave part of the millimeter wavelength range using the nonlinear properties of the IMPATT diodes in the radio-pulse conversion mode. This mode makes it possible to provide the output power level of the signal at the n-th harmonic Pout ≈1/n, which significantly exceeds the achieved characteristics of the frequency multipliers with charge accumulation, where Pout ≈ 1/n2. The output power of such devices is achieved at the level of 50–20 mW in the 75–180 GHz frequency range with a frequency multiplication factor of 1–15. |
| doi_str_mv | 10.15222/TKEA2021.3-4.17 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:30:21Z |
| format | Article |
| fulltext |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2021, № 3–4 17ISSN 2309-9992 (Online)
СВЧ-ТЕХНИКА
1
УДК 621.314.26:621.382.64
К. т. н. Н. Ф. КАРУШКИН
Украина, г. Киев, НИИ «Орион»
E-mail: orion@ri-orion.kiev.ua
СИНХРОНИЗАЦИЯ ГЕНЕРАТОРОВ НА ЛПД
ИМПУЛЬСНОГО И НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
В ММ-ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН.
Часть 2. Стабилизация СВЧ-параметров
синхронизированных генераторов
Существенными особенностями мощных им-
пульсных генераторов на лавинно-пролетных диодах
(ГЛПД), работающих со значительными плотностя-
ми тока питания диодов, являются приближение соб-
ственной частоты лавинного резонанса диода к рабо-
чей частоте генератора и нестационарность теплово-
го режима диода в пределах длительности импульса
тока питания. Указанные особенности приводят к зна-
чительным изменениям импеданса полупроводнико-
вой структуры в пределах длительности импульса и
в результате — к нестабильности амплитуды и фазы
выходного сигнала. Наиболее сильно нестабильность
СВЧ-параметров проявляется при низкой температуре
окружающей среды, в частности, в области передне-
го фронта импульса тока питания диода. Значительно
уменьшить нестабильность СВЧ-параметров позволя-
ет так называемый метод токовой компенсации темпе-
ратурных изменений проводимости ЛПД наряду с до-
полнительным подогревом полупроводниковой струк-
туры, при котором начальная температура диода в об-
ласти переднего фронта каждого импульса остается
практически постоянной, не зависящей от темпера-
туры окружающей среды Т0.
Настоящая работа, состоящая из двух статей, по-
священа обзору результатов, достигнутых на сегод-
няшний день в области разработки синхронизиро-
ванных генераторов на лавинно-пролетных диодах.
В [1] были рассмотрены электродинамические кон-
струкции генераторов, синхронизируемых внешним
Представлена вторая часть работы, посвященной обобщению результатов, которые достигнуты на данный
момент при разработке синхронизированных генераторов на лавинно-пролетных диодах (ЛПД). В статье рас-
смотрены методы токовой компенсации температурных изменений проводимости кремниевых ЛПД и предвари-
тельного импульсного подогрева диода, обеспечивающие постоянство температуры в начале каждого импульса.
Их использование позволяет создавать высокостабильные по частоте синхронизированные генераторы на крем-
ниевых двухдрейфовых ЛПД с уровнем выходной мощности от 20 до 150 Вт. Приведены конструкции и параме-
тры когерентных источников СВЧ-мощности при использовании нелинейных свойств ЛПД в режиме радиоим-
пульсного преобразования низкочастотного сигнала в высокочастотный с коэффициентом более 15.
Ключевые слова: диапазон миллиметровых волн, синхронизация, преобразователь частоты, генератор,
лавинно-пролетный диод.
источником СВЧ-колебаний. Данная статья посвя-
щена синхронизированным генераторам импульс-
ного действия с выходной мощностью 20—150 Вт.
Здесь приводятся результаты рассмотрения совмест-
ного действия методов токовой компенсации и допол-
нительного подогрева для стабилизации параметров
ГЛПД, а именно:
— обсуждается целесообразная схема выполне-
ния дополнительного импульсного подогрева, отли-
чающаяся малой инерционностью и низким энерго-
потреблением;
— рассматриваются достигнутые характеристи-
ки стабильности импульсных ГЛПД в режиме внеш-
ней синхронизации.
Стабилизация СВЧ-параметров
синхронизированных генераторов
импульсного действия
Выбор в качестве активного элемента кремние-
вого ЛПД для создания источников мощности им-
пульсного действия определяется тем, что при его
использовании реализуются наибольшие уровни
СВЧ-мощности, превышающие 30 Вт в 8-мм и 10 Вт
в 3-мм диапазонах при скважности более 100 и дли-
тельности импульса СВЧ выходного сигнала не более
300 нс. Эти уровни примерно на порядок выше, чем у
наиболее эффективных транзисторов НЕМТ, РНЕМТ.
Особенностью работы генераторов импульсно-
го действия является изменение частоты в пределах
DOI: 10.15222/TKEA2021.3-4.17
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2021, № 3–418 ISSN 2309-9992 (Online)
2
СВЧ-ТЕХНИКА
СВЧ-импульса вследствие изменения температуры,
что приводит к изменению импеданса и, следователь-
но, к изменению фазы по отношению к синхронизи-
рующему сигналу. В этом случае нарушаются фазо-
вые соотношения сигналов (явление фазовой модуля-
ции). Уменьшение фазовой модуляции или ее полное
исключение (что требуется для создания когерентных
передатчиков) обеспечивается путем применения то-
ковой компенсации, т. е. при использовании импуль-
са тока управления специальной формы, при которой
исключается или существенно уменьшается измене-
ние частоты в пределах импульса.
При разработке мощных импульсных генераторов
миллиметрового диапазона длины волны необходи-
мо учитывать ряд других особенностей:
— поскольку диод работает при токе высокой
плотности (jимп ≈ 40 кА/см2), собственная частота
ЛПД (частота последовательного резонанса) прибли-
жается к рабочей частоте, что увеличивает критиче-
скую чувствительность параметров к изменениям ре-
жима электрического питания, температуры окружа-
ющей среды и параметров нагрузки [2];
— значительное увеличение омических потерь ге-
нератора, соизмеримых с величиной модуля отрица-
тельного сопротивления полупроводниковой струк-
туры в режиме большого сигнала.
Определение достижимых характеристик гене-
ратора требует выбора температурного режима ди-
ода в зависимости от его геометрии и параметров
импульсного питания. В [3—5] определение тем-
пературных характеристик диода проводится на
основе приближенного аналитического подхода.
Для установления связи между подводимой мощ-
ностью P0 и рабочей температурой Тpn вводится по-
нятие теплового сопротивления Rт, которое прямо
пропорционально среднему перепаду температуры
ΔТср = Тpn – Т0, возникающему на теплоотводящей
поверхности диодной структуры:
Р0 = ΔТср / Rт.
Общее тепловое сопротивление RтΣ можно рас-
сматривать как сумму теплового сопротивления рас-
текания Rтs и продольного теплового сопротивле-
ния Rт пр [4]:
RтΣ = Rтs + Rт пр,
где т
1 ;
2s
pn
R
d K
2т пр
/ ;
π / 4
n
i i
i i
l K
d
R
К — коэффициент теплопроводности материала тепло-
отвода;
Кi — коэффициент теплопроводности i-слоя структуры
ЛПД диаметром di и толщиной li.
Анализ тепловых характеристик ЛПД для сред-
него и переменного потока мощности, выбор кон-
струкции импульсных ЛПД в режиме коротких им-
пульсов выполнены в [6]. В длинноимпульсном ре-
жиме работы ЛПД, когда длительность импульса рав-
на или превышает время тепловой релаксации полу-
проводниковой структуры, значение Rт определяет-
ся соотношением, полученным в [7]. На рис. 1 при-
ведена зависимость переходного теплового сопро-
тивления полупроводниковой кремниевой двухпро-
летной структуры ЛПД диаметром dpn = 150 мкм от
величины скважности Q импульса тока питания при
различной их длительности. Перегрев полупрово-
дниковой структуры в пределах длительности им-
пульса 300—400 нс составляет 250—300℃ при токе
питания, соответствующем режиму максимальной
СВЧ-мощности.
При длительности импульсов тока питания, зна-
чительно меньших времени поперечной тепловой
релаксации, и большой их скважности нагрев полу-
проводниковой структуры потоком средней мощно-
сти несущественен.
Разогрев полупроводниковой структуры в пре-
делах длительности импульса тока питания диода
приводит к изменениям импедансных характери-
стик структуры ЛПД и в результате этого — к яв-
лениям внутриимпульсной нестационарности СВЧ-
характеристик импульсных генераторов. На рис. 2
приведены значения импеданса zd двухпролетного
ЛПД диапазона частот примерно 40 ГГц с оптималь-
ным профилем легирования, рассчитанные для плот-
ности тока питания j0 = 18 кА/см2, при амплитуде на-
пряжения сигнала Um = 3—26 В для трех значений
максимальной температуры θm [2]. Видно, что при
θm < 390 К и напряжении на диоде Um < 10 В частота
лавинного резонанса ωл становится больше рабочей
Рис. 1. Зависимость переходного теплового сопротивле-
ния ЛПД от скважности импульса тока питания при раз-
личной их длительности τи
(пунктирные линии — расчет, сплошные — эксперимент)
Rт,
°С/Вт
5
4
3
2
1
1 2 3 5 10 20 30 50 100 200 Q
τи = 0,8 мкс
0,1 мкс
0,5 мкс
0,3 мкс
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2021, № 3–4 19ISSN 2309-9992 (Online)
СВЧ-ТЕХНИКА
3
частоты ωр, вследствие чего реактивное сопротивле-
ние диода изменяет свой знак и становится индуктив-
ным; при θm ≤ 300 К и Um ≤ 5 В модуль отрицательно-
го сопротивления уменьшается. В области больших
сигналов (Um > 15 В) зависимость импеданса диода
от температуры существенно снижается, однако мо-
дули отрицательного сопротивления в этой области
уменьшаются до величин, соизмеримых с сопротив-
лением потерь в СВЧ-цепи. В связи с этим оптимиза-
ция генератора по энергетическим характеристикам
приводит к необходимости максимального уменьше-
ния сопротивления растекания диода rs, оптимизации
диаметра его структуры и применения трансформа-
ции импеданса ЛПД [2]. Фактически это те же тре-
бования, которые предъявляются к ЛПД непрерыв-
ного действия. При этом, однако, в импульсном ре-
жиме оптимальный диаметр структуры оказывается
существенно зависимым от параметров импульсно-
го режима питания.
Изменение теплового режима диода в преде-
лах импульсного тока питания приводит к значи-
тельным изменениям импеданса полупроводнико-
вой структуры в интервале изменения температуры
окружающей среды и к нестабильности амплитуды
и фазы выходного сигнала. Наиболее сильно неста-
бильность СВЧ-параметров проявляется при низкой
температуре окружающей среды в области передне-
го фронта импульса.
Известный метод стабилизации СВЧ-параметров
генератора, так называемый метод токовой компенса-
ции температурных изменений проводимости ЛПД
[8—10], позволяет значительно уменьшить неста-
бильность СВЧ-параметров. Этот метод заключает-
ся в изменении амплитуды импульсного тока во вре-
мени j0(t) = δΙ(t), при котором в условиях разогре-
Рис. 2 . Величина импеданса zd = rd + xd кремниевого двух-
пролетного диода, рассчитанная для трех значениях темпе-
ратуры полупроводниковой структуры θ: 300, 390, 500 К при
различных значениях амплитуды Um напряжения сигнала
390 К
300 К
500 К
rd
*∙104,
Ом∙см2
xd
*∙104, Ом∙см2
Um = 5 В
10 В
15 В
10 В 20 В
26 В
10 В
Um = 3 В
Um = 5 В
–20 –10
–10
10
0
–20
20
Рис. 3. Временные зависимости импульсного тока питания
ЛПД (а), напряжения на диоде (б) и тока подогрева (в) для
стабилизации СВЧ-параметров генератора при периодиче-
ской импульсной модуляции
ва полупроводниковой структуры до температуры
θ0(t) = θ0 + δθ(t) частота лавинного резонанса ЛПД
остается неизменной. Однако при его использовании
полная компенсация (особенно при низкой темпера-
туре) не достигается, и можно говорить лишь о ми-
нимизации этих изменений.
Очевидным альтернативным путем стабилиза-
ции СВЧ-параметров является введение дополни-
тельного подогрева полупроводниковой структуры,
при котором начальная температура θ0 диода в об-
ласти переднего фронта каждого импульса остается
практически постоянной, не зависящей от темпера-
туры окружающей среды. При этом в пределах дли-
тельности импульса стабилизация параметров гене-
ратора достигается применением токовой компенса-
ции. Совместное применение токовой компенсации
и дополнительного подогрева обеспечивает наиболь-
шую реализуемую стабильность параметров генера-
тора [11, 12].
Принцип действия рассматриваемой системы ста-
билизации СВЧ-параметров генератора на ЛПД ил-
люстрируется эпюрами токов и напряжений, пред-
ставленными на рис. 3. На этом рисунке приведены
временные зависимости, построенные с постоян-
t
t
t
I0(t)
I0
0,5I0
0
τf1
τp τf2
tp
t1 τpr
Ud(t)
Ub(θ0)
Ub(θ1, t1)
0
ΔU
b
Udmax
Ud(tp)
tpr
τpr
Ipr(t)
Ipr0
0
T
τ
δΙ
0(
t)
а)
б)
в)
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2021, № 3–420 ISSN 2309-9992 (Online)
4
СВЧ-ТЕХНИКА
ным периодом повторения импульсов T и длитель-
ностью tр. Предполагается, что температура окружа-
ющей среды, температура корпуса генератора и те-
плоотвода ЛПД θк меньше температуры θ0, которую
должна иметь полупроводниковая структура в нача-
ле импульса тока питания I0(t) = I0 + δΙ0(t). В преде-
лах длительности импульса tр ток питания изменя-
ется в соответствии с принципом токовой компен-
сации, а напряжение Ud(t) на диоде — от Ud0(t) =
= Ub(θ0) до Udmax(t) = Ub(θ0) + I0(t)·rd +βUb(θ0)·δθmax.
После окончания импульса тока I0(t) в момент вре-
мени tр = τр + τƒ1 + τƒ2 на диоде устанавливается на-
пряжение Ud(tр) ≈ Ub(θ0)·(1 + β·δθmax).
Через временной интервал t1 на диоде уста-
навливается температура θ1 и соответствующее
этой тем пературе напряжение лавинного пробоя
Ub(t1,θ1), величина которого меньше величины на-
чального напряжения Ub(θ0). В этот момент вре-
мени, tрr = tр + t1, включается ток импульсного по-
догрева Iрr, амплитуда которого пропорциональ-
на величине ΔUb = Ub(θ0) – Ub(t1,θ1), т. е. Iрr = kΔUb.
Продолжительность импульса подогрева tpr и величи-
на k выбраны такими, чтобы в конце импульса подо-
грева напряжение лавинного пробоя становилось рав-
ным Ub(θ0), т. е. температура полупроводника — рав-
ной заданной температуре θ0.
С учетом приведенных результатов могут быть
определены достижимые характеристики стабиль-
ности СВЧ-параметров синхронизированных ГЛПД
в полосе частот синхронной работы. Приведенные
в [13] расчеты динамических и стабилизированных
характеристик выполнены для ГЛПД 8-мм диапа-
зона волн на основе волноводно-коаксиальной кон-
струкции (рис. 4). Конструкция содержит металло-
диэлектрический корпус диода и обеспечивает резо-
нансную трансформацию импеданса диода и нагруз-
ки при высоком КПД.
Рис. 4. Частотные зависимости нестабильности мощно-
сти ΔР/Р выходного сигнала и фазы Δφ(f), полученные при
применении токовой компенсации в условиях изменения
температуры в интервале 390…500 К
ΔР/Р, %
5
0
–5
–10
–20
34,0 34,5 35,0 35,5 f, ГГц
Δφ
0,2
0
–0,2
–0,4
–0,6
Рис. 5. Эскиз конструкции стабилизированного импульс-
ного генератора на ЛПД:
1 — резонатор; 2 — щель связи; 3 — анти паразитная нагруз-
ка; 4 — волноводная секция; 5 — ЛПД
1 2 3 4
5
На рис. 4 приведены частотные зависимости не-
стабильности фазы Δφ(ƒ) и мощности ΔР/Р выход-
ного сигнала при изменении температуры в интерва-
ле 390—500 К и выполнении условий токовой ком-
пенсации. В интервале температуры 500—570 К ве-
личины нестабильности фазы и мощности уменьша-
ются в 5—6 раз по сравнению с указаниями значе-
ниями на рис. 4. При этом полная полоса синхрони-
зации составляет Δƒn ≈ 2 ГГц. Вблизи низкочастот-
ной границы полосы синхронизации нестабильность
СВЧ-параметров существенно возрастает, и наиболь-
шие значения Δƒ и ΔР достигаются там, где величи-
на θ минимальна. Следует отметить, что при отсут-
ствии предварительного подогрева полупроводнико-
вой структуры нестабильность СВЧ-параметров су-
щественно выше.
Применение токовой компенсации температурных
изменений импеданса ЛПД не устраняет полностью
частотную и амплитудную внутриимпульсную моду-
ляцию выходного сигнала генератора, но значитель-
но ее уменьшает. Для достижения более высокой ча-
стотной стабильности можно применять стабилизи-
рующий резонатор, при этом полоса его частот долж-
на превышать ширину спектра импульсного сигна-
ла. Конструкция генератора основана на включении
резонатора в реактивную отражающую цепь схемы.
В конструкции на рис. 5 применяется резонатор ци-
линдрического типа 1, возбуждаемый на волне типа
Н011 и перестраиваемый поршнем. Резонатор связан с
волноводной секцией 4 щелью связи 2. Волноводно-
коаксиальная секция содержит ЛПД 5 и антипаразит-
ную нагрузку 3.
Принцип работы импульсного генератора такой
же, как и у стабилизированного генератора непрерыв-
ного действия, однако в импульсном режиме имеется
ряд особенностей. В режиме стабилизации частоты
импульсного автогенератора из-за инерционности те-
плового режима возможна частотная синхронизация
сигнала стабилизирующим резонатором. При недо-
статочно быстром нарастании тока питания возника-
ют паразитные колебания на частотах побочных ко-
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2021, № 3–4 21ISSN 2309-9992 (Online)
СВЧ-ТЕХНИКА
5
Рис. 6. Структурная схема передатчика 8-миллиметрового диапазона с выходной мощностью больше 100 Вт
Передатчик
Импульсный источник питания
Синхронизатор
ВыходВход
Вход ОП
L L L L L
0,01 Вт 0,5 Вт 20 Вт 60 Вт 100 Вт
f0
На основе сумматоров мощностей первого клас-
са получили широкое распространение антенные фа-
зированные решетки, полигенераторы, излучатели, в
которых отдельные источники излучения размеще-
ны на некоторой общей излучающей поверхности
[14, 15]. К сумматорам мощностей независимых ис-
точников относятся, прежде всего, системы, выпол-
ненные с использованием мостовых схем, многопо-
люсников, ответвителей, а также сумматоры, в кото-
рых отдельные активные элементы монтируются на
общем теплоотводе и суммирование мощности осу-
ществляется в общем синхронизирующем контуре в
режиме внешней синхронизации [7, 16—20].
На рис. 6 представлена схема четырехзвенного пе-
редатчика 8-миллиметрового диапазона длины волны
с выходной импульсной мощностью 100 Вт. Первые
две ступени выполнены как однодиодные усилители
с усилением 16—17 дБ на ступень, предоконечная и
оконечная ступени (сумматоры мощностей) выпол-
нены на двух ЛПД в каждой ступени. Опорная ча-
стота сигнала (ОП) формируется синтезатором ча-
стоты и подается на вход синхронизатора, разме-
щенного в передатчике. Синхронизатор вырабатыва-
ет импульсы запуска передатчика. КПД суммирова-
ния мощностей передатчика достигает 90%. Задача
эффективного суммирования решается как при уста-
новке нескольких ЛПД в единой электродинамиче-
ской системе, так и при каскадном включении ЛПД.
Существенное увеличение КПД суммирования до-
стигается применением резонансной трансформации
импеданса полупроводниковой структуры, создани-
ем параллельного резонансного контура с помощью
элементов металлодиэлектрического корпуса ЛПД,
лебательных контуров, образуемых неоднородностя-
ми в высокочастотной цепи генератора, и их подавле-
ние достигается уменьшением длительности фронта
импульсного тока. Также можно применять на выхо-
де генератора быстродействующий модулятор, кото-
рый гасит эти колебания.
Результаты разработок
когерентных передающих устройств
Принцип построения передающих устройств
основан на применении генераторов, усилителей и
сумматоров мощности на ЛПД, действующих в ре-
жиме внешней синхронизации сигналом, который
формируется синтезатором частоты либо высокоча-
стотным источником частоты, обеспечивающим вы-
сокую стабильность, низкий уровень спектральной
мощности фазового шума и переключение парциаль-
ных частот выходного сигнала в широком диапазо-
не частот (свыше 1 ГГц). Большое количество име-
ющихся теоретических и экспериментальных работ
позволило определить основные принципы постро-
ения сумматоров мощности на полупроводниковых
активных элементах. Большинство известных сум-
маторов мощности базируется на применении режи-
ма взаимной синхронизации отдельных источников
и режима синхронизации сигналом внешнего источ-
ника. По принципу построения и характеру внешней
полезной нагрузки сумматоры разделяются на два
основных класса:
— системы суммирования мощностей СВЧ в про-
странстве;
— системы суммирования мощностей в локали-
зированных нагрузках линий передачи.
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2021, № 3–422 ISSN 2309-9992 (Online)
6
СВЧ-ТЕХНИКА
применением антипаразитных нагрузок в суммато-
рах мощностей с минимальными величинами сопро-
тивлений, достаточными для подавления паразитных
колебаний, обеспечением согласования импедансов
диода и нагрузки с учетом уровня синхронизирую-
щего сигнала [21]. Значительное расширение полосы
синхронизации достигается включением компенси-
рующих реактивных сопротивлений последователь-
но с параллельным резонансным корпусом корпуси-
рованного ЛПД при максимально достижимом сни-
жении его добротности [22].
Высокая стабильность СВЧ-параметров достига-
ется применением метода электронной компенсации
изменения импедансов полупроводниковых структур
при изменении температуры в пределах длительно-
сти импульса или в пакете импульсов, а также при-
менением метода импульсной и непрерывной ста-
билизации температуры полупроводниковой струк-
туры диода в широком интервале рабочих темпера-
тур при минимальной величине потребляемой для
этой цели мощности. При создании передатчиков в
8-мм диапазоне применяются кремниевые двухпро-
летные ЛПД с уровнем импульсной мощности свы-
ше 25 Вт при длительности импульса 100—300 нс и
минимальной скважности 200 [23].
Каскадное суммирование мощностей представля-
ет значительный интерес в миллиметровом диапазо-
не, когда размещение большого числа диодов в еди-
ной электродинамической системе затрудненно из-за
ее малых размеров. Вследствие малого коэффициен-
та усиления (3—4 дБ) построение синхронизирован-
ного источника с малым уровнем выходного сигна-
ла требует введения дополнительных ступеней син-
хронного усиления. Такие конструкции, обеспечива-
ющие высокий уровень выходной мощности только
на основе каскадного суммирования, в большинстве
случаев оказываются нецелесообразными из-за боль-
шого числа ступеней усиления. В связи с этим раз-
работаны и находят применение другие эффектив-
ные методы суммирования мощностей диодов [24].
Суммирование мощностей диодов в мостовых и
разветвленных системах сводится к сложению мощ-
ностей самостоятельных источников СВЧ-колебаний
в независимых электродинамических конструкциях,
удовлетворяющих требованиям обеспечения сум-
мирования двух и более источников с максималь-
ным КПД суммирования в широком частотном диа-
пазоне и обеспечению развязки источников друг от
друга. Указанным требованиям удовлетворяют кон-
струкции, решающие задачу сложения мощностей
двух источников. Это трехдецибельные щелевые мо-
сты, Т-образные и кольцевые мосты. Анализ харак-
теристик этих конструкций [25] показывает, что эф-
фективность суммирования мало зависит от разли-
чия уровней мощности двух источников в пределах
3—5 дБ. Необходим весьма точный фазовый баланс
источников в пределах до 30о. Указанные суммато-
ры мощностей двух источников могут быть включе-
ны в общую разветвленную систему суммирования.
Системы такого типа при отсутствии потерь позволя-
ют неограниченно увеличивать выходную мощность
при увеличении числа суммируемых источников.
На рис. 7 представлена упрощенная схема кон-
струкции усилителя импульсного действия, выпол-
ненного по схеме суммирования мощностей двух ка-
скадов ЛПД с использованием трехдецибельного ще-
левого моста.
Синхронизированный усилитель работает в ди-
апазоне частот 90—100 ГГц [26]. В рабочей полосе
f0 ± 0,5 ГГц обеспечивается уровень выходного им-
пульса мощности не менее 30 Вт при длительности
импульсов 80—100 нс и частоте повторения 50 кГц.
Для работы усилителя необходимы два источника
постоянного напряжения — 49 В и 7 В, входной им-
пульсный СВЧ-сигнал мощностью 10 Вт и внешний
импульсный сигнал управления ТТL-уровня.
В НИИ «Орион» (г. Киев) на базе миниатюрных
щелевых мостов разработан синхронизированный
усилитель, содержащий 10 каскадов ГЛПД на часто-
те 94 ГГц с выходной мощностью в импульсе более
100 Вт, длительностью СВЧ-импульсов 75—100 нс
при частоте следования не более 50 кГц [26].
В миллиметровом диапазоне находит применение
метод суммирования мощностей в единой электроди-
намической конструкции. В такой конструкции ди-
оды устанавливаются на независимых теплоотводя-
щих основаниях и включаются в высокочастотную
цепь так, что их мощности складываются в общую
нагрузку, автоколебательный режим при этом бази-
руется на взаимной синхронизации сильно связан-
ных между собой диодных генераторов. На основе
сумматоров такого класса достигнуты значительные
уровни мощностей передающих устройств как в не-
прерывном, так и в импульсном режимах работы [24].
В области частот 40—41 ГГц при суммировании
мощностей 12 двухпролетных кремниевых ЛПД,
установленных в резонаторе прямоугольного сече-
ния, реализовано усиление непрерывной мощности
свыше 10 Вт [27]. На частоте 91 ГГц при суммиро-
вании мощностей двухпролетных кремниевых ЛПД,
установленных в резонаторе прямоугольного сече-
ния, получен уровень мощности 40 Вт при скваж-
ности θ > 200 и длительности импульса 100 нс [28].
Рис. 7. Схема конструкции усилителя на ЛПД
ЛПД
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2021, № 3–4 23ISSN 2309-9992 (Online)
СВЧ-ТЕХНИКА
7
трической втулки выбираются из требуемых усло-
вий трансформации импеданса к клеммам диода и
обеспечения необходимой связи между резонатором
и выходным волноводом.
В рассматриваемом модуле решается проблема па-
разитных типов колебаний при расширении области
рабочих частот. Выступ с перегородками эффектив-
но подавляет паразитные азимутальные гармоники
и при этом не искажает электромагнитное поле ра-
бочего колебания, поскольку для последнего элек-
трическое поле равно нулю в местах расположения
выступа и перегородок. Модуль разработан для при-
менения в 8-мм диапазоне в режиме работы с боль-
шой длительностью импульса и малой скважностью.
В модуле использованы кольцевые структуры ЛПД,
позволяющие максимально реализовать свои пре-
имущества [31]. При длительности импульса СВЧ
τи = 1 мкс и скважности θ = 4 выходная мощность
СВЧ составляет более 15 Вт, при τи = 4 мкс мощность
СВЧ равна 10,4 Вт.
В [32] приведены результаты разработки син-
хронизированных малогабаритных генераторов им-
пульсного действия с электронным переключением
частоты от импульса к импульсу. В качестве задаю-
щего высокостабильного источника СВЧ-импульса
применен малогабаритный синтезатор частоты 8-мм
диапазона длин волн, формирующий импульсы за-
данной длительности с дискретным переключени-
ем частоты. Структурная схема генератора приве-
дена на рис. 9.
Опорный генератор, синхронизированный квар-
цевым генератором с помощью цифровой системы
фазовой автоподстройки частоты, содержит умно-
житель частоты и усилитель, работающие в импульс-
ном режиме. Синтезатор формирует импульсы СВЧ
с уровнем мощности 1,0—1,2 Вт со стабильностью
частоты не хуже 2·10–6. Переключение частоты вы-
полняется трехразрядным двоичным кодом в уров-
нях ТТL. Конструкция ГЛПД выполнена на базе
волноводно-коаксиального Т-образного сочленения.
Согласование высокочастотных нагрузок со структу-
рой ЛПД достигается путем установки диода в парал-
лельный контур, параметры которого определяются
Рис. 8. Упрощенная схема конструкции сумматора
мощности:
1 — медное основание; 2 — диэлектрическая втулка; 3 — ме-
таллический диск; 4 — волновод; 5 — проводники; 6 — вы-
ступ; 7 — полупроводниковые диоды; 8 — перегородки
6
1
8
3
2
5
4
7
4
Эффективным методом создания мощных СВЧ-
устройств непрерывного и импульсного действия
является суммирование мощностей диодов, уста-
новленных на общем теплоотводе. Этот метод сум-
мирования основывается на создании мезаструктур-
ных диодов и монтажом отдельных структур на об-
щем теплоотводе при параллельном включении в
СВЧ-цепь и цепь питания. Такой сумматор реали-
зован путем установки полупроводниковых струк-
тур в единой радиальной линии под общей крыш-
кой без применения отдельных проводников [29].
В рассматриваемой конструкции применена ре-
зонансная трансформация суммарного импеданса
структур. Резонансный контур в конструкции созда-
ется включением практически ненагруженной ради-
альной линии D > λ/2 параллельно полупроводнико-
вым структурам входной проводимости.
Сложение мощностей отдельных диодов может
быть достигнуто применением суммирующего мо-
дуля, работающего на несимметричных азимуталь-
ных гармониках и содержащего синхронизирующий
резонатор [30].
Суммирующий модуль, схема которого представ-
лена на рис. 8, состоит из медного массивного осно-
вания 1, используемого как теплоотвод, верхняя часть
которого имеет в центре выступ 6 в виде цилиндра.
От него в радиальных направлениях расходятся че-
тыре перегородки 8 металлического диска 3, располо-
женного на диэлектрической втулке 2, которая смон-
тирована на основании 1, установленного в волново-
де 4. Питание к полупроводниковым диодам 7 пода-
ется через проводники 5. Размеры диска определя-
ются рабочим диапазоном частот. Размеры диэлек-
Рис. 9. Структурная схема генератора
Синтезатор
частоты
Синхронизатор
частоты
Источник
питания
Вход
ГЛПД
L 20 Вт
Источник
питания
1 Вт
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2021, № 3–424 ISSN 2309-9992 (Online)
8
СВЧ-ТЕХНИКА
выбором геометрических размеров диэлектрической
втулки. При этом дополнительные неоднородности в
волноводном канале исключаются. Запасенная энер-
гия сосредоточена в основном в области корпусиро-
ванного диода. Для расширения рабочей частоты ге-
нератора последовательно с диодом включен после-
довательный резонансный контур. График зависимо-
сти полосы синхронизации Δf и выходной импульс-
ной мощности Pвых синхронизированного ГЛПД от
уровня входной импульсной мощности Pвх задающе-
го генератора приведена на рис. 10.
Один из путей создания источников СВЧ-мощности
в коротковолновой части миллиметрового диапазона
основан на применении свойств ЛПД в режиме эф-
фективного преобразования частоты высокостабиль-
ного низкочастотного СВЧ-сигнала. Известно, что
этот режим обеспечивает уровень мощности выход-
ного сигнала на n-й гармонике Pвых ~ 1/n, что суще-
ственно превосходит достижимые характеристики
умножителей частоты на диодах с накоплением за-
ряда, для которых Pвых ~ 1/n2 [33, 34]. Теоретическое
рассмотрение характеристик умножителя частоты
на ЛПД основано на схеме включения диода в СВЧ-
цепь генератора и подведении к ЛПД напряжения
U(t) = U0 + Um·Sinωt. В результате действия опорно-
го напряжения с частотой ω при достаточно большой
амплитуде Um в высокочастотной цепи в течение вре-
менных интервалов τn проходят импульсы высокой
частоты ω0, лежащие в рабочей полосе частот гене-
ратора. При определенных условиях происходит фа-
зовая синхронизация высокочастотных колебаний n-й
гармоники опорного сигнала, и в результате возника-
ют последовательно когерентные СВЧ-сигналы с ча-
стотой ω0 = nω. Более точное представление о работе
ЛПД в режиме умножения дает исследование в само-
согласованном режиме. Оно проводилось в предпо-
ложении, что на ЛПД подавалось напряжение сме-
щения и заданное напряжение низкой частоты, а на-
грузкой ЛПД являлся параллельный контур, настро-
енный на высокую частоту [35]. На рис. 11 представ-
лена схема конструкции умножителя, а его эквива-
лентная схема замещения — на рис. 12.
Совместное решение уравнений, описывающих
процессы в ЛПД и в контуре, позволяет исследовать
характер высокочастотных колебаний в нагрузке кон-
тура. Важным является вопрос о том, определяется ли
частота и фаза ВЧ-колебаний только частотой и фазой
низкочастотного сигнала, который предполагается
высокостабильным, либо они зависят от других фак-
торов. Как показано в [36], если фаза ВЧ-колебаний
в момент появления нового импульса колебаний по-
стоянна относительно фазы низкочастотного напря-
жения, то спектр колебаний не будет зависеть от ча-
стоты контура (которая может быть нестабильной),
а определяется только частотой низкочастотного сиг-
нала, что и требуется для эффективной синхрониза-
ции. Как правило, в режиме самовозбуждения ГЛПД
синхронизация наблюдается только в узкой полосе.
В режиме усиления на отрицательном сопротивле-
нии ЛПД синхронизация наблюдается в достаточ-
но широком интервале изменений низкой частоты.
Параметры умножителей частоты высокой крат-
ности, достигнутые при разработке и исследовани-
Рис. 10. Зависимость полосы синхронизации и выходной
мощности синхронизированного ГЛПД от уровня вход-
ной мощности задающего генератора при длительности
импульса СВЧ 300 нс
Рвых, Вт
20
15
10
5
0,2 0,4 0,6 0,8 Рвх, Вт
Δf, МГц
1000
750
500
250
0
Рис. 11. Схема конструкции умножителя на ЛПД:
1 — ЛПД; 2 — волновод; 3 — фильтр радиального типа;
4 — несимметричная полосковая линия; 5 — разделительная
емкость; 6 — КЗ-поршень; 7 — штырь
5
17
2
6 2 3 4
U0
U
m
·S
in
ωt
Рис. 12. Эквивалентная схема конструкции умножителя:
КЗ — короткозамыкающий волноводный поршень; РЛ — ра-
диальная линия; Lш — индуктивность штыря; Сш — емкость
между штырем настройки и крышкой диода; LК — индуктив-
ность контактов; Zd — сопротивление диода; ZВ — сопротив-
ление линии передачи
ZB
Lш
Cш
КЗ LK
U0
Zd
Zвх
РЛ U
m
·S
in
ωt
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2021, № 3–4 25ISSN 2309-9992 (Online)
СВЧ-ТЕХНИКА
9
ях, приведены в таблице. Конструктивно умножи-
тели частоты высокой кратности в диапазоне ча-
стот 30—180 ГГц содержат ферритовые волновод-
ные вентили и полосно-пропускающие фильтры.
Волноводные вентили защищают выходной сигнал
умножителя частоты от влияния нагрузки. Фильтры
подавляют ближайшие гармоники в выходном сиг-
нале умножителя на уровне не менее 40 дБ. При мо-
дуляции тока управления ЛПД происходит синхрон-
ная модуляция выходного сигнала умножителя с глу-
биной модуляции не менее 70 дБ при частоте моду-
ляции до 100 МГц.
Включение ЛПД в колебательный контур с ис-
пользованием радиальной линии для реализации про-
цесса умножения частоты аналогично включению и
настройке ЛПД для генерации и усиления [37].
В [38] показана возможность синхронизации
мощных СВЧ-приборов (магнетронов, клистро-
нов). Когерентное излучение таких приборов может
быть реализовано с применением полупроводни-
кового когерентного источника импульсного дей-
ствия, обеспечивающего фазовую синхронизацию
колебаний магнетрона на отрезке времени, равном
длительности импульса полупроводникового источ-
ника. Уменьшение длительности синхронизирую-
щего импульса и уровня его мощности достигает-
ся при введении модуляции добротности мощного
СВЧ-прибора. При этом уровень мощности синхро-
низации уменьшается пропорционально добротности
мощного прибора во второй степени. Уменьшение
добротности резонансной системы мощного СВЧ-
прибора позволяет уменьшить уровень импульсной
мощности синхронизирующего сигнала Ps пропор-
ционально квадрату уменьшения добротности. При
этом характеристики синхронного режима не изме-
няются. Уменьшение требуемой мощности Ps позво-
ляет значительно уменьшить габариты синхронизи-
рующего источника СВЧ и блока питания. Единый
гибридный комплекс твердотельного и электроваку-
умного прибора может стать мощным импульсным
когерентным источником СВЧ-колебаний, позволя-
ющим решить задачу построения РЛС с селекцией
движущихся целей в миллиметровом диапазоне дли-
ны волны [26, 39—44].
В НИИ «Орион» (г. Киев) разработан ряд высо-
костабильных генераторов импульсного действия
для использования в качестве задающего генера-
тора и в аппаратуре общего применения, и в бор-
товой аппаратуре в диапазоне частот 30—150 ГГц.
В рабочей полосе частот генераторы обеспечива-
ют выходную мощность 2—10 Вт при длительно-
сти импульсов 50—100 нс и частоте повторения
50 кГц. Конструктивно генераторы состоят из гене-
раторной камеры, высокодобротного резонатора, вы-
полненного из инвара, волноводного вентиля и им-
пульсного источника тока, температурная нестабиль-
ность частоты составляет 10–5/°С. В диапазоне ча-
стот 30—180 ГГц созданы генераторы непрерывно-
го действия с применением специальных корпуси-
рованных кремниевых двухпролетных IMРATT ди-
одов. Выходная мощность составляет 20—50 мВт.
Температурный коэффициент частоты равен 10–5/°С.
Уровень фазовых шумов составляет –80 дБ/Гц при
отстройке от несущей не более 10 кГц. На выходе
генераторов установлены волноводные полосно-
пропускающие фильтры, подавляющие амплитудные
шумы до уровня –180 дБ/Гц относительно несущей
при отстройке частоты более 1 ГГц [26].
Выводы
Создание когерентных синхронизированных ге-
нераторов на ЛПД обеспечивается при полном ис-
ключении фазовой модуляции, которая достигается
в случае импульсного режима работы использовани-
ем импульса тока управления специальной формы.
Для расширения полосы синхронизации необходи-
мо создать колебательную систему с минимальным
запасом энергии. При этом целесообразно использо-
вать собственный резонансный контур, содержащий
активный элемент, и корпус без применения допол-
нительных резонансных элементов в электродинами-
ческой системе. В этом случае добротность контура,
содержащего активный элемент, составляет 10—15.
Это позволяет реализовать рабочую полосу на уров-
Параметры умножителей частоты высокой кратности
Наименование параметра
Значение параметра в диапазоне частот, ГГц:
75—100 90—140 110—180
Выходная мощность, мВт 10—50 10—30 10—20
Коэффициент умножения 10—15 10—15 10—20
Рабочая полоса частот, ГГц 0,5—1,0 0,5—1,0 0,5—1,0
Диапазон рабочих частот сигнала
синхронизации, ГГц 5—10 5—10 5—10
Напряжение смещения на ЛПД, В/А 24/0,15 24/0,15 24/0,15
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2021, № 3–426 ISSN 2309-9992 (Online)
10
СВЧ-ТЕХНИКА
не 10% при коэффициенте усиления до 10 дБ и на
уровне 3% при усилении до 20 дБ.
Опыт разработки синхронизированных генера-
торов показал, что такие приборы необходимо кон-
струировать совместно с блоком питания. При этом
они должны быть сопряжены как по электрическим
характеристикам, так и конструктивно. Выполнение
этих условий обеспечивает создание эффективных
когерентных источников мощности миллиметрово-
го диапазона с использованием ЛПД.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Карушкин Н. Ф. Синхронизация генераторов на ЛПД им-
пульсного и непрерывного действия в мм-диапазоне длин волн.
Часть 1. Конструкции генераторов и обобщенная модель их син-
хронизации 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 тех-
ника. Сер.1. Электроника СВЧ. 1987, вып. 3, с. 23–26.
3. Касаткин Л.В. Стабилизация СВЧ параметров стационар-
ного 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 полупрово-
дниковых 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 полу-
проводниковые 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 тем-
ператур. Твердотельные генераторы и преобразователи мил-
лиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Сб. Науч. тру-
дов 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 характери-
стик синхронизированных импульсных ГЛПД в интервале тем-
ператур. 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 па-
раметров 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 радио-
импульсов. 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 антен-
ные 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 тех-
ника. Сер. 1 Электроника СВЧ. 1989, вып.10, с. 22–27.
17. Карушкин Н.Ф., Касаткин Л.В. Импульсные твердо-
тельные генераторы миллиметрового диапазона волн на ЛПД.
Известия ВУЗов. Радиотехника. 1999, № 10, с. 3–10.
18. Дворников А.А., Уткин Г.М. О сложении мощностей мно-
гих автогенераторов. Радиотехника и электроника. 1974, № 3,
с. 550–559.
19. Чуков А.М. О взаимной синхронизации линейки СВЧ ав-
тогенераторов. Труды МЭИ. 1981, вып. 547, с. 114–116.
20. Тараненко В.П., Коцержинский Б.А., Мачусский Е.А.
Твердотельные генераторы СВЧ колебаний миллиметрового ди-
апазона 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 мощ-
ных импульсных однодиодных СВЧ-генераторов. Техника и при-
боры 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 миллиметрово-
го диапазона на лавинно-пролетных диодах с распределенны-
ми 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 ча-
стоты. Электронная техника. Сер.1. Электроника СВЧ. 1985,
вып. 4 (376), c. 40–44.
35. Карушкин Н.Ф. Умножители частоты на полупрово-
дниковых 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.
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2021, № 3–4 27ISSN 2309-9992 (Online)
СВЧ-ТЕХНИКА
11
38. Касаткин Л.В. Импульсные автогенераторы в режиме фа-
зовой синхронизации импульсным когерентным сигналом (коге-
рентные 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 аппарату-
ры 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 синтеза-
торов 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 мил-
лиметрового диапазона. РЭНСИТ, 2018, т. 10, № 2, c. 235–256.
44. Карушкин Н.Ф. Твердотельные компоненты и устрой-
ства электронной техники терагерцового диапазона в Украине.
Радиофизика и электроника. 2018, т. 23, № 3, c. 40–64.
Дата поступления рукописи
в редакцию 23.03 2021 г.
М. Ф. КАРУШКІН
Україна, м. Київ,
Науково-дослідний інститут «Оріон»
E-mail: orion@ri-orion.kiev.ua
СИНХРОНІЗАЦІЯ ГЕНЕРАТОРІВ НА ЛПД ІМПУЛЬСНОЇ
ТА БЕЗПЕРЕРВНОЇ ДІЇ У ММ-ДІАПАЗОНІ ДОВЖИНИ ХВИЛЬ.
Частина 2. Стабілізація НВЧ-параметрів синхронізованих генераторів
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 джере-
ла потужності в діапазоні міліметрових хвиль. Особливістю роботи генераторів імпульсної дії є змінювання часто-
ти 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 за-
безпечення 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 зале-
жить 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 характеризують-
ся високою стабільністю частоти та високим ступенем когерентності в режимі синхронізації зовнішнім сигналом.
В роботі наведено також конструкції та параметри когерентних джерел НВЧ-потужності короткохвильової ча-
стини 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.
__________
DOI: 10.15222/TKEA2021.3-4.17
УДК 621.314.26:621.382.64
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2021, № 3–428 ISSN 2309-9992 (Online)
12
СВЧ-ТЕХНИКА
M. F. KARUSHKIN
Ukraine, Kyiv, Research institute «Orion»
E-mail: orion@ri-orion.kiev.ua
SYNCHRONIZATION OF PULSED AND CONTINUOUS-WAVE IMPATT
OSCILLATORS IN THE MILLIMETER WAVELENGTH RANGE
Part 2. Stabilizing microwave parameters of synchronized generators
This is the second part of the two-part article, which summarizes the state-of-the-art results in the development of synchronized
oscillators based on IMPATT (IMPact ionization Avalanche Transit-Time) diodes. The first part of the paper presented the
electrodynamic design of oscillators, which contain a resonant oscillatory system with silicon IMPATT diodes and are
synchronized by an external source of microwave oscillations.
The second part of the paper considers the methods for stabilizing the parameters of IMPATT oscillators, which make it possible
to create coherent power sources in the millimeter wavelength range. The specifics of pulse generators lies in the change in
frequency within the microwave pulse relative to the change in temperature, which leads to a change in the impedance of
the diode and thus to a phase change with respect to the synchronizing signal. Phase modulation is reduced or completely
eliminated (which is necessary to ensure the coherence of the microwave transmitter) by using current compensation, i.e., by
using the control current pulse with a special shape.
The study demonstrates the expediency of introducing additional heating of the semiconductor structure of the IMPATT diode,
which allows the initial temperature of the IMPATT diode in the region of the leading edge of each pulse to remain virtually
constant and independent of the ambient temperature. Using these methods on silicon double-drift IMPATT diodes allowed
creating synchronized oscillators with high frequency stability and an output power level from 20 to 150 W, which have a high
degree of coherence in the synchronization mode with an external signal.
The paper also presents the designs and parameters of coherent microwave power sources in the short-wave part of the
millimeter wavelength range using the nonlinear properties of the IMPATT diodes in the radio-pulse conversion mode. This
mode makes it possible to provide the output power level of the signal at the n-th harmonic Pout ≈1/n, which significantly
exceeds the achieved characteristics of the frequency multipliers with charge accumulation, where Pout ≈ 1/n2. The output
power of such devices is achieved at the level of 50–20 mW in the 75–180 GHz frequency range with a frequency multiplication
factor of 1–15.
Keywords: millimeter range, IMPATT diode, oscillator, amplifier, frequency multiplier, synchronization.
DOI: 10.15222/TKEA2021.3-4.17
UDC 621.314.26:621.382.64
REFERENCES
1. 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)
2. Belousov N.P., Novozhilov V.V. [Temperature dependence of dy-
namic characteristics of pulsed IMPATT diodes]. Electronic Equipment.
Ser.1. Microwave Electronics. 1987, vol. 3, pp. 23–26. (Rus)
3. Kasatkin L.V. [Stabilization of microwave parameters of station-
ary synchronous mode of pulse IMPATT oscillators]. Izvestia VUZov.
Radioelectronics. 2001, vol. 44, no. 3, pp. 18–25. (Rus)
4. Kasatkin L.V., Chayka V.E. Poluprovodnikovyye ustroystva
diapazona millimetrovykh voln [Semiconductor Devices of Millimeter
Wave Range]. Sevastopol, Weber, 2006, 319 с. (Rus)
5. 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)
6. Tager A.S. [To the calculation of thermal characteristics of semi-
conductor structures in the short pulse mode]. Electronic Engineering.
Ser. 1. Microwave Technique. 1996, vol. 2, pp. 41–47. (Rus)
7. 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)
8. Gorbachev A.V. [Experimental studies of methods for stabiliz-
ing 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)
9. 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)
10. Eisenhort R., Robertson R. Controlled bias preheating for
variable duty factor IMPATT transmitter. IEEE MTT-S International
Microwave Symposium Dig., 1985, pp. 529–530.
11. 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)
12. 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)
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2021, № 3–4 29ISSN 2309-9992 (Online)
СВЧ-ТЕХНИКА
13
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. Voskresensky D.I., Gostyukhin V.M. [Active antenna arrays].
(Review). Izvestia VUZov. Radioelectronics. 1983, vol. 25, no. 2,
pp. 4–17. (Rus)
15. 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)
16. 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)
17. 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)
18. 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)
19. Chukov A.M. [On mutual synchronization of microwave auto
oscillators]. MPEI Proceedings. 1981, iss. 547, pp. 114–116. (Rus)
20. 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)
21. 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)
22. 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)
23. 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)
24. Kasatkin L.V., Chayka V.E. Poluprovodnikovyye ustroystva
diapazona millimetrovykh voln [Semiconductor Devices of Millimeter
Wave Range]. Sevastopol, Weber, 2006, 319 с. (Rus)
25. Chang R., Sun C. Millimeter-wave power combining
techniques. IEEE Transactions on MTT, 1983, vol. 31, no. 5,
pp. 91–107.
26. Scientific research Institute “RI “Orion”, Kyiv, Ukraine. URL:
http://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, pp. 171–176.
28. Chang K., Ebert R. Power combining near 94 GHz. IEEE
International Solid-State Circuit Conf. 1980. Session X: Microwave
Circuits, pp. 16–18.
29. Bauer T., Treger J., Claassen M. A resonant-cap power com-
biner for two-terminal millimeter wave devices. IEEE Transactions
on MTT. 1997, vol. 45, no. 2, pp. 146–148.
30. 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)
31. Teoriya liniy peredachi sverkhvysokikh chastot [Theory of
Microwaves Transmission Lines]. Red. by A.I. Shpuntov. Part II. Sov.
Radio, 1951, 280 р. (Rus)
32. 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)
33. Gorbachev О., Kasatkin L. Complex coaxial-waveguide
transitions at millimeter-waves. Microwave Journal, 2001, vol. 44,
рр. 90–100.
34. 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).
35. 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)
36. Karushkin N.F. [Millimeter wave modules]. Radiophysics and
Electronics. 2004, vol. 9, no. 1, pp. 295–303. (Rus)
37. Gorlachev V.E., Dvornichenko V.P., Karushkin N.F.
[Semiconductor Diode Housing]. Pat. 9375, Ukraine, 1996. (Rus)
38. 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)
39. 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)
40. 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)
41. 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)
42. 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)
43. Kolosov V.V., Myasin E.A. [Noise radar of the millimeter
range]. RENSIT, 2018, vol. 10, no. 2, pp. 235–256. (Rus)
44. Karushkin N.F. [Solid-state components and devices of tera-
hertz electronic technology in Ukraine]. Radiophysics and Electronics.
2018, vol. 23, no. 3, pp. 40–64. (Rus).
Описание статьи для цитирования:
Карушкин Н. Ф. Синхронизация генераторов на ЛПД импульс-
ного и непрерывного действия в мм-диапазоне длин волн.
Часть 2. Стабилизация СВЧ-параметров синхронизированных
генераторов. Техно логия и конструи рование в электронной ап-
паратуре, 2021, № 3–4, с. 17–29. http://dx.doi.org/10.15222/
TKEA2021.3-4.17
Cite the article as:
Karushkin N. F. Synchronization of pulsed and continuous-wave
IMPATT oscillators in the millimeter wavelength range. Part 2.
Stabilizing microwave parameters of synchronized generators.
Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2021,
no. 3–4, pp. 17–29. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2021.3-4.17
|
| id | oai:tkea.com.ua:article-74 |
| institution | Technology and design in electronic equipment |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:00:28Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | wwwtkeacomua/43/cdd446d6471b762d748f48b1de170e43.pdf |
| spelling | oai:tkea.com.ua:article-742026-06-15T12:23:58Z Synchronization of pulsed and continuous-wave IMPATT oscillators in the millimeter wavelength range. Part 2. Stabilizing microwave parameters of synchronized generators Синхронізація генераторів на лпд імпульсної та безперервної дії у мм-діапазоні довжини хвиль. Частина 2. Стабілізація НВЧ-параметрів синхронізованих генераторів Karushkin, Mykola millimeter range IMPATT diode oscillator amplifier frequency multiplier synchronization діапазон міліметрових хвиль синхронізація перетворювач частоти генератор This is the second part of the two-part article, which summarizes the state-of-the-art results in the development of synchronized oscillators based on IMPATT (IMPact ionization Avalanche Transit-Time) diodes. The first part of the paper presented the electrodynamic design of oscillators, which contain a resonant oscillatory system with silicon IMPATT diodes and are synchronized by an external source of microwave oscillations.The second part of the paper considers the methods for stabilizing the parameters of IMPATT oscillators, which make it possible to create coherent power sources in the millimeter wavelength range. The specifics of pulse generators lies in the change in frequency within the microwave pulse relative to the change in temperature, which leads to a change in the impedance of the diode and thus to a phase change with respect to the synchronizing signal. Phase modulation is reduced or completely eliminated (which is necessary to ensure the coherence of the microwave transmitter) by using current compensation, i.e., by using the control current pulse with a special shape.The study demonstrates the expediency of introducing additional heating of the semiconductor structure of the IMPATT diode, which allows the initial temperature of the IMPATT diode in the region of the leading edge of each pulse to remain virtually constant and independent of the ambient temperature. Using these methods on silicon double-drift IMPATT diodes allowed creating synchronized oscillators with high frequency stability and an output power level from 20 to 150 W, which have a high degree of coherence in the synchronization mode with an external signal.The paper also presents the designs and parameters of coherent microwave power sources in the short-wave part of the millimeter wavelength range using the nonlinear properties of the IMPATT diodes in the radio-pulse conversion mode. This mode makes it possible to provide the output power level of the signal at the n-th harmonic Pout&nbsp;≈1/n, which significantly exceeds the achieved characteristics of the frequency multipliers with charge accumulation, where Pout&nbsp;≈ 1/n2. The output power of such devices is achieved at the level of 50–20 mW in the 75–180 GHz frequency range with a frequency multiplication factor of 1–15. 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. PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers 2021-09-07 Article Article Peer-reviewed Article application/pdf https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2021.3-4.17 10.15222/TKEA2021.3-4.17 Technology and design in electronic equipment; No. 3–4 (2021): Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoi apparature; 17-29 Технологія та конструювання в електронній апаратурі; № 3–4 (2021): Технология и конструирование в электронной аппаратуре; 17-29 3083-6549 3083-6530 10.15222/TKEA2021.3-4 uk https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2021.3-4.17/67 Copyright (c) 2021 Technology and design in electronic equipment http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| spellingShingle | діапазон міліметрових хвиль синхронізація перетворювач частоти генератор Karushkin, Mykola Синхронізація генераторів на лпд імпульсної та безперервної дії у мм-діапазоні довжини хвиль. Частина 2. Стабілізація НВЧ-параметрів синхронізованих генераторів |
| title | Синхронізація генераторів на лпд імпульсної та безперервної дії у мм-діапазоні довжини хвиль. Частина 2. Стабілізація НВЧ-параметрів синхронізованих генераторів |
| title_alt | Synchronization of pulsed and continuous-wave IMPATT oscillators in the millimeter wavelength range. Part 2. Stabilizing microwave parameters of synchronized generators |
| title_full | Синхронізація генераторів на лпд імпульсної та безперервної дії у мм-діапазоні довжини хвиль. Частина 2. Стабілізація НВЧ-параметрів синхронізованих генераторів |
| title_fullStr | Синхронізація генераторів на лпд імпульсної та безперервної дії у мм-діапазоні довжини хвиль. Частина 2. Стабілізація НВЧ-параметрів синхронізованих генераторів |
| title_full_unstemmed | Синхронізація генераторів на лпд імпульсної та безперервної дії у мм-діапазоні довжини хвиль. Частина 2. Стабілізація НВЧ-параметрів синхронізованих генераторів |
| title_short | Синхронізація генераторів на лпд імпульсної та безперервної дії у мм-діапазоні довжини хвиль. Частина 2. Стабілізація НВЧ-параметрів синхронізованих генераторів |
| title_sort | синхронізація генераторів на лпд імпульсної та безперервної дії у мм-діапазоні довжини хвиль. частина 2. стабілізація нвч-параметрів синхронізованих генераторів |
| topic | діапазон міліметрових хвиль синхронізація перетворювач частоти генератор |
| topic_facet | millimeter range IMPATT diode oscillator amplifier frequency multiplier synchronization діапазон міліметрових хвиль синхронізація перетворювач частоти генератор |
| url | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2021.3-4.17 |
| work_keys_str_mv | AT karushkinmykola synchronizationofpulsedandcontinuouswaveimpattoscillatorsinthemillimeterwavelengthrangepart2stabilizingmicrowaveparametersofsynchronizedgenerators AT karushkinmykola sinhronízacíâgeneratorívnalpdímpulʹsnoítabezperervnoídííummdíapazonídovžinihvilʹčastina2stabílízacíânvčparametrívsinhronízovanihgeneratorív |