Орлов В. Е., Веніг С. Б., Усанов Д. А. Саратовський державний університет Астраханська вул. Д.83, Саратов – 410026, Росія Тел.: +7 (8452) 514563; e-mail: wenigsb @ info . sgu.ru

Анотація – Розглянуто можливість створення на основі желобкового хвилеводу перетворювача поляризації, детектора, вентиля і аттенюатора з використанням напівпровідникових структур.

I. Вступ

Однією з перспективних ліній передачі в міліметровому і субміліметровому діапазонах довжин хвиль вважається жолобкова лінія. Перевагами такої лінії передачі є: малі погонні втрати; широкополосность; здатність пропускати високі рівні потужності СВЧ сигналу; можливість фільтрації паразитних хвиль вищих типів; можливість легко включати в неї активні і керуючі твердотільні елементи, висока ступінь технологічності виготовлення [1,2]. Проте, практичне застосування жолобковою хвилеводів для створення приемопередающей та вимірювальної апаратури стримується відсутністю достатньо добре відпрацьованої і дослідженою гами активних і пасивних функціональних елементів на їх основі.

Метою даної роботи було експериментальне дослідження можливості реалізації на основі жолобковою хвилеводів перетворювача площини поляризації розповсюджується СВЧ хвилі, детектора, невзаимной пристрою і амплітудного модулятора.

II. Основна частина

У практиці застосування волноведущих ліній при створенні пристроїв різного функціонального призначення може виникати необхідність повороту площини поляризації основного типу електромагнітної хвилі. Для жолобковою хвилеводів, в силу особливості їх конструкції, застосування відомого для прямокутних хвилеводів рішення – скрутки практично неможливо. Нами пропонується для перетворення площини поляризації використовувати пристрій, що містить приймально-передавальні рамкові елементи. Конструкція такого пристрою є двома перпендикулярно зорієнтованих щодо поздовжньої осі жолобковою хвилеводу, між якими встановлено тонка металева пластина з отвором в центрі, до якої з обох сторін кріпляться дві металеві рамки, з’єднані між собою через отвір. Орієнтація рамок приведена на рис.1. При цьому площині рамкових елементів у відповідних хвилеводах збігаються з напрямком орієнтації вектора електричного поля хвилі основного типу Н. В цьому випадку магнітні силові лінії поля хвилі перетинають площині, що охоплюються контурами рамок. Магнітне поле поширюється в жолобки-вом хвилеводі хвилі наводить в контурі приймальні рамки високочастотні струми, які, протікаючи по провідники другого рамки, збуджують у другому хвилеводі електромагнітну хвилю.

Експериментальні дослідження параметрів і характеристик запропонованого перетворювача проводилися в діапазоні частот 60 н-70 ГГц. При цьому в смузі частот 61,5 – 66,5 ГГц мінімальне загасання склало 0,1 дБ при нерівномірності характеристики не більше + 0,25 дБ. Основною перевагою системи, що складається з двох зв’язаних рамок є те, що вона має властивості смугового фільтра з дуже малим загасанням в смузі пропускання.

Рамковий елемент був використаний і при створенні детектора на основі желобкового хвилеводу. У конструкції детектора рамковий елемент зв’язку одночасно виконував роль контактної голки точкового діода. Детектирующий елемент (контакт вольфрам – двошарова кремнієва структура р – р+) Містився безпосередньо в поле електромагнітної хвилі на короткозамикающей пластині, розташованої на торці желобкового хвилеводу.

Запропонована детекторна секція забезпечувала значення вольтової чутливості y рівне 25 В / Вт, струмового чутливості р – 0,4 МВт, при значеннях КСХН 1,3 н-2 в смузі частот 52 н-80 ГГц. Значення порогової НВЧ потужності при цьому склало 3,386-10 ‘9 Вт

Одна з відмінних особливостей напівпровідникових матеріалів, пов’язана зі зміною рангу тензора його електрофізичних характеристик при зовнішньому впливі на нього, наприклад, постійним магнітним полем, дозволяє використовувати напівпровідникові структури для створення невзаємних СВЧ пристроїв [2]. В роботі була досліджена можливість створення на основі желобкового хвилеводу вентильного пристрою. Конструкція пристрою представляла собою відрізок желобкового хвилеводу, з розміщеною в центральній площині між жолобками тонкої напівпровідникової пластини антимонида індію п – типу з концентрацією електронів 2,8-1022 м ‘3 та їх рухливістю, що дорівнює 6,69 м2/ (В-с). Напівпровідникова пластина мала трапецієподібні поперечне і поздовжнє перетину, її товщина в середньому становила 10-і5 мкм. Напівпровідникова пластина наклеювалася на підкладку зі слюди і могла з допомогою мікрометричного механізму переміщатися всередині желобкового хвилеводу. Розташування напівпровідникової пластини в ж-лобковому хвилеводі представлено на рис. 2.

Проведені дослідження показали, що оптимальні параметри пропускання і розв’язки забезпечуються при розмірі пластини вздовж напрямку поширення хвилі порядку XJ2 і перекритті жолобка приблизно на 70%.

невзаємність поширення хвилі в жолоб-ковом хвилеводі можна пояснити на основі ефекту зміщення поля. При приміщенні тонкої напівпровідникової пластинки в поле електромагнітної хвилі і поперечне постійне магнітне поле в платівці наводиться Надвисокочастотний холів-ський струм, який, в свою чергу, наводить навколо пластинки надвисокочастотне магнітне поле. В результаті складання цього поля і поля розповсюджується по волноводу хвилі результуюче поле буде зміщуватися або до верхнього краю жолобка, або до нижнього краю, в залежності від напрямку магнітного поля або розповсюдження хвилі. Якщо сумарне поле зміщується в область розташування напівпровідника, то за рахунок поглинання електромагнітної енергії на вільних носіях заряду то буде спостерігатися суттєве затухання розповсюджується хвилі. В описаній вище конструкції в діапазоні частот 62-79 ГГц початкові втрати пристрою не перевищували 4 дБ, а розв’язка становила понад 17 дБ при нерівномірності частотної характеристики +1,5 дБ.

Управління амплітудою розповсюджується СВЧ хвилі можна здійснювати при використанні PIN – діодних структур типу 2А505, встановлених в жолобковою хвилеводі. На рис. 3 наведено розташування двох PIN – Структур в поперечному перерізі желобкового хвилеводу. При такому розташуванні керуючих структур у відсутність напруги зсуву на структурах загасання в смузі частот 67-69 ГГl <