Puc. 5. Фотографія генераторів Fig. 5. Photo of oscillators

III. Висновок

У процесі роботи були отримано кілька А.С., йде оформлення патенту, були створені генератори в діапазоні 30-100 ГГц, (30-40, 41-54, 55-75, 80-100) ГГц.

IV. Список літератури

1. А. С. № 384952 від 01.09.1986 р.

2. А. С. № 26266 від 01.10.1987 р.

3. А. С. № 308758 від 01.02.1990 р.

Ємність напівпровідникової структури С визначалася сумою бар’єрної зв та дифузійної

Зд ємностей.

Для обчислення величини поглиненої СВЧмощності використовувалося вираз:

де Р0 ~ Падаюча на діод СВЧ-

Рис. 3. Еквівалентна схема ЛПД Fig. 3. IMPATT-diode equivalent scheme

потужність,коефіцієнт відбиття

СВЧ-сигналу від діода,) Коефіцієнт

проходження сигналу,

комплексна провідність діода.

Розрахунки, виконані з використанням вищенаведеної моделі, показали, що при відсутності зовнішнього НВЧ-сигналу ВАХ діода має вигляд, типовий для лавинно-пролітних діодів і характеризується різким зростанням струму при негативних напругах зсуву в області лавинного пробою, тобто запропонована апроксимація якісно вірно описує експериментальну ВАХ ЛПД у відсутності на ньому зовнішнього НВЧ-сигналу. При збільшенні рівня потужності зовнішнього НВЧ-сигналу спостерігалась поступова деформація ВАХ лавіннопролетного діода, обумовлена ​​розігрівом носіїв заряду і ефектом випрямлення і характеризується збільшенням струму, як при прямих зсувах, так і при зворотних зсувах на ЛПД.

При негативних напругах зсуву в області лавинного пробою і великих позитивних напругах величина поглиненої СВЧ-сигналу мала, а амплітуда змінної напруги на діоді і величина продетектированного сигналу незначні, і ВАХ діода близька до вигляду, характерному для відсутності НВЧ-сигналу.

При зменшенні негативного напруги зсуву від -25 В до -20 В спостерігається різке збільшення поглиненої СВЧ-потужності й амплітуди змінного СВЧ-напряжения. У цьому діапазоні напруг зсуву негативний постійний струм, що протікає через діод, монотонно збільшується. Його величина визначається струмом інжекції в умовах розігріву електронного газу СВЧполем і величиною продетектированного сигналу. Тобто, виникає область негативного диференціального опору.

При негативному напрузі зміщення -15 В спостерігається друга ділянка різкого збільшення поглиненої СВЧ-потужності і амплітуда змінної напруги на діоді досягає максимуму. Це призводить до виникнення на ВАХ діода ділянки різкого зростання струму, а струм може при цьому змінювати знак з негативного на позитивний.

При напругах зсуву близьких до нуля різко збільшується відбитий СВЧ-сигнал і зменшується поглинена СВЧ-потужність. При цьому зменшується додаткова складова постійного струму, обумовлена впливом НВЧ-сигналу, внаслідок зменшення величини продетектированного сигналу. Це призводить до утворення ще однієї ділянки негативного диференціального опору на ВАХ ЛПД.

Рис. 4. Розрахункові ВАХ ЛПД Fig. 4. Calculated IMPATT-diode IV-curves

На рис. 4 представлені результати розрахунку ВАХ ЛПД, виконані при постійному рівні потужності вхідного сигналу, рівному 20.0 Вт, і різних значеннях провідності У0 ОУо = 0.2 Ом-1, 2-

Уо = 0.05 Ом-1, 3У0= 0.02 Ом-1, 4У0= 0.004 Ом-1, 5-

Уо = 0.002 Ом-1). При цьому встановлено, що положення додаткової ділянки різкого зростання струму на ВАХ ЛПД, його крутизна і перепад струму на ньому, а також величина негативного диференціального опором (ОДС) Л /-типу немонотонний чином залежить від величини У0ис4).

IV. Висновок

Теоретично описано експериментально виявлений ефект виникнення в сильному СВЧ-поле області негативного диференціального опору Л /-типу на прямий і зворотній гілках вольтамперних характеристик лавинно-пролітних діодів. Показано, що механізм виникнення в сильному СВЧ-поле області негативного диференціального опору Л /-типу на прямий і зворотній гілках вольтамперних характе-ристик лавинно-пролітних діодів полягає в зміні струмопереносу в діодним структурі внаслідок розігріву носіїв заряду полем СВЧ, зміні співвідношення між відбитої і поглинутої потужністю в електродинамічної системі з лавіннопролетним діодом і ефекті детектування.

Робота підтримана в рамках програми МО РФ: «Наукові дослідження вищої школи за пріоритетними напрямами науки і техніки» код проекту:

208.03.01.6 і грантом № Т02-02.3-1126 МО РФ по фундаментальним дослідженням у галузі технічних наук.

V. Список літератури

[\] HinesM. Е. Proc. IEEE, vol. 60, № 12, p. 1534 (1972).

[2]    Gonda             J., SchroederW. IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-25, № 5, p. 343 (1977).

[3] Brazil Т., Scanlan S. IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. MTT-29, № 1, p.26 (1981).

[4]    SuarezA.,        Morales J., Quere R. IEEE Microwave Guided Wave Lett., vol. 8, №1, p. 21 (1998).

[5] Бєляєв P. S., Жерновенков А. С., Залогін H. H., Мельников А. І. Радіотехніка та електроніка, т. 41,

№ 12, с. 1484 (1996).

[6] УсановД. А., Скрипаль А. В., Веніг С. Б., Орлов В. Е., Угрюмова Н. В., Посадський В. Н., Клец А. А. Известия вузів. Радіоелектроніка, т. 46, № 3, с.40 (2003).

[7] Грінберг Г. С., Могилевська П. Я., Хотунцев Ю. П. Радіотехніка та електроніка, т. 40, вип. 3, с.498 (1995).

[8] Materka A., Kacprzak Т. IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-33, № 2, p. 129 (1985).

[9] Вейнгер А. І., Паріцкій Л. Г., Акопян Е. А. ,

Дадамірзаев Г. ФТП, т. 9, вип. 2, с. 216 (1975).

[10] Sa /> С. Т., Noyse R. N., Shockley W. Proc. IRE, vol. 45, N9, p.1228 (1957).

THE INITIATION MECHANISM OF A/-TYPE NEGATIVE DIFFERENTIAL RESISTANCE AREAS ON THE IV-CURVES OF IMPATTDIODE IN STRONG MICROWAVE FIELD

Usanov D. A., Skripal A. V., Abramov A. V., Kletsov A. A.

N.G. Chernyshevsky Saratov State University Moscovskaya street, 155, Saratov 410026, Russia

Ph. (8452) 514563; e-mail: usanovda@info.sgu.ru

Abstract The initiation mechanism of /V-type negative differential resistance areas on the IV-curves of IMPATT-diode in strong microwave field had been described.

I.  Introduction

At the influence of an external microwave signal on the IMPATT-diode the initiation of complicated dynamic modes can occur [1-6]. It was found experimentally that under the influence of the intensive microwave signal the qualitative change of stationary current-voltage characteristic is possible. The change is the initiation of /V-type negative differential resistance areas on direct and reverse branches of the IMAPTT-diodes IVcurves. To determine the mechanism of this phenomenon the experimental investigations and mathematical simulation were carried out; their results are presented in this work.

II.  Experiment

The IMPATT-diode 2A706 was placed in microstrip (see Fig. 1). At the power of an external microwave signal more than ~1.0 W the additional area of the abrupt current growth arose in the range of bias from -15 to -5 V (see arrow in Fig. 2). At the external signal power of ~5.0W on the left and on the right from that area the areas of negative differential resistance arose on the diode current-voltage characteristic (Fig.2). When the external microwave signal was switched off, the diode current-voltage characteristics took the form typical for the IMPATT diodes without microwave signal.

III.  Theory

For the mathematical simulation the equivalent scheme shown in Fig. 3 were used as well as expressions for currents which flow through p-n-junctions obtained taking into account the charge carriers heating [9] and generation-recombination processes in the volume charge [10].

Calculation showed that without an external microwave signal the diode IV-curve looks like the typical IMPATT-diode current-voltage characteristics. Hence the offered approximation qualitatively right describes the experimental IMPATT-diode IVcurve. When the power of the external microwave field grew up, the gradual deformation of the diode IV-curve at the direct and reverse bias was observed.

At negative bias in avalanche region and at big positive bias the diode IV-curve is similar to the one without microwave signal. When negative bias decreases from -25 down to -20 V the abrupt growth of the absorbed microwave power and the amplitude of the microwave voltage is observed. In this bias range the negative current grows monotonously, i.e. there is an area of the negative differential resistance.

At the negative bias about -15 V the second area of the abrupt growth of the absorbed microwave power is observed, and the amplitude of the microwave voltage on the diode reaches its maximum. It results in the abrupt growth of the current through diode, and this current can change its sign from negative to positive.

At the bias about the zero the microwave signal, the reflected from the diode, grows abruptly, and the absorbed microwave power decreases. At that the additional current component, caused by the microwave signal, decreases due to the decrease of the detected signal. It results in arising of the another area of the negative differential resistance on the IMAPTT-diode IVcurve.

IV.  Conclusion

The experimentally founded effect of initiation mechanism of/V-type negative differential resistance areas on the IV-curves of IMPATT-diode in strong microwave field had been described theoretically. It was shown that the initiation mechanism of Ntype negative differential resistance areas lies in the changes of the current transport in the diode structure due to the charge carriers heating, the changes of the ratio between reflected and absorbed microwave power in the electrodynamic system with the IMPATT-diode, and the detector effect.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.