* Воторопін с Д, ** Носков В Я

* 0А0 «НІІПП» м Томськ, Росія e-mail: votoropin @ mail tomsknetru ** УПУ-УПІ м Єкатеринбург, Росія e-mail: noskov@oko-ekru

Анотація – Розглянуто застосування автодинного ефекту в НВЧ генераторах для дослідження автоколебатель ^ них властивостей автономних генераторів і контролю їх технічних характеристик шляхом реалізації роботи генераторів в Автодін режимі У доповіді представлений аналіз режимів роботи активних нелінійних елементів (діодів Ганна) по ав-Тодіні ефекту має велике значення при вивченні та розробці автогенераторів і, зокрема, при дослідженні повної електронної провідності активної області діода Це повязано, в першу чергу, з можливістю визначення по Автодін відгуку її залежності від амплітуди, частоти СВЧ коливань і автосмещенія

I                                       Введення

Велике значення при вивченні та розробці автогенераторів має аналіз нелінійного активного елемента Запропоновано і випробуваний метод вимірювання по Автодін відгуку кута запізнювання і зовнішньої добротності генераторів описаний метод вивчення характеру залежності електронної провідності від амплітуди і частоти НВЧ коливань і автосмещенія

II                              Основна частина

Дослідження електронної провідності діодів Ганна по Автодін ефекту При проектуванні пристроїв на діодах Ганна (ДГ) як в волноводном, так і в гибридно-інтегральному виконаннях необхідно знати комплексну сприйнятливість активних елементів, яку для резонансних КВЧ приладів зручно виразити через електронну провідність Ye Обчислення на основі рівнянь електродинаміки вирази для Ye ДГ, яку представляють функцією амплітуди А коливань і частоти ω і постійної складової струму I, є в даний час досить складним завданням Однак, розробка математичної моделі фізичних процесів в пристроях на ДГ може бути спрощена, якщо оцінити ступінь залежності Ye (Л) по відношенню до залежностей Ϋe (ω) і Ye (/) Порівняння Ye (Л) іΫe (ω) має сенс у межах смуги резонансної системи приладів КВЧ, а співвідношення Ye (Л) nYe (/) визначається величинами Дуе / дА і dYeldl в робочій точці приладу Таку оцінку можна здійснити експериментально по Автодін ефекту в генераторах КВЧ Як відомо, в будь-якому автогенераторі зміни амплітуди А, частоти ω і робочого струму / під впливом слабкого відбитого випромінювання взаємоповязані і описуються наступною системою рівнянь: де ΔΘη і Δ Вн – трансформовані активна і реактивна провідності навантаження відповідно, якими представляється в еквівалентній схемі ав-Тодіна відображена електромагнітна хвиля Δ G =

– 2ΥοΓοο5δ ЛВН = – 2ΥοΓ sin6 δ = 2ωί / ο Υο-характеристична провідність, Г – коефіцієнт відбиття, що враховує всі втрати при поширенні ЕМ хвилі до відбиває обєкта і назад ί – відстань до відбивача, Вр провідність резонатора

У докпаде представлена ​​спрощена математична модель фізичних процесів у пристроях на ДГ Така оцінка підтверджена експериментально по Автодін ефекту в генераторах КВЧ

Вирішуючи систему рівнянь (1-3) для оцінки фазових співвідношень, отримуємо:

де ΔΡ – зміна потужності в навантаженні Л / \ т, Аит, Δ / m, АРт – амплітуди відповідних Автодін откпіков коефіцієнти di-d4 визначаються тільки похідними, що входять в отримані рівняння Таким чином, між змінами Δ / \, Δω, Δ /, ΔΡ існують зрушення фаз, що залежать від коефіцієнтів di-d4 Аналіз цих виразів показує, що зміни Δ / \, Δ /, ΔΡ залежно від відстані ί відбуваються у фазі тільки в таких генераторах, у яких залежно Ye (ω) і Ye (/) значно слабкіше Ye (Л) і коефіцієнт дІдш = 0 Так як зрушення фаз між Автодін відгуками визначаються видом функції Ye (Λ, ω, /), А їх експериментальні значення дозволяють оцінити ступінь залежності Ye {А) порівняно з Ye (ω) і Ye (/) і виміряти параметр неізохронністю по зрушень фаз між Δ /, Δ Р, і Δω, то, отже, вони є критерієм вибору математичної моделі автогенераторів на діодах Ганна

Розроблено експериментальну установку і проведені вимірювання зазначених зрушень фаз на ме-запланарних ДГ АА768, що працюють в діапазоні 33 – 55 ГГц (АДБК 432130 343 ТУ) і Автодін модулів М55314 (бш2000138ТУ) Встановлено, що зрушення фаз між Δ /, і ΔΡ досягає значення π / 2 і сильно залежить від режиму роботи по постійному струму, а також величини звязку генератора з навантаженням Значно змінюються від режиму роботи і зрушення фаз між Δ /, Δ Р, і Δ ω

Експериментальні дослідження проведені на установках [1, 2], призначених для настройки та вимірювання параметрів автодинов До їх складу входить як електромеханічний імітатор доплерівсько-го відбитого сигналу [3], так і фазовий модулятор

на pin діод відповідних діапазонів Показано, що ступінь залежності електронної провідності ДГ від амплітуди Ye (А), частоти Ye (ω) одного порядку Порівняними також Ye (Л) і Ye (/) Так як суттєвої виявляється звязок між автодетектірованіем, що виявляється в залежності Δ / (Α, ω), та змінами параметрів автоколивань, то цю обставину необхідно враховувати при аналізі автономних генераторів на ДГ, а також їх модуляційних і флукгаціонних характеристик

Застосування автодіннозо ефекту для контролю технічних характеристик автоколебательной системи Фізика явищ в Автодін на діодах Ганна (ДГ) досить добре вивчена в квазістатичному наближенні, коли відображає обєкт переміщається настільки повільно, що перехідними процесами в генераторі можна знехтувати Представляє інтерес розглянути фізичні процеси в Автодін на ДГ з урахуванням інерційності автоколебательной системи або іншими словами досліджувати частотну залежність дисперсії автодинного сигналу

Для аналізу автоколивань в Автодін покладемо, що коливальна система генератора одноконтурна, ланцюг автосмещенія відсутня, вольтамперная характеристика ДГ з петлею гистерезиса і час релаксації активного елемента істотно менше характеристичного часу зміни амплітуди коливань, а відбитий сигнал представимо у вигляді джерела, залежного від передісторії системи У такій моделі Автодін описується системою лінеаризованих диференціальних рівнянь з запізнілих аргументом, рішення якої дозволило знайти основні вирази для сталих значень Автодін змін амплітуди і частоти автоколивань [4] З аналізу виразів, наведених в [4] отримані наступні результати .

1 Нормована характеристика частотної залежності коефіцієнта автодинного посилення Ка (Ω ) = (1 + Ωη) де Ωη = Qti – нормована частота Ω

– частота автодинного сигналу ti – характеристична постійна часу автодинного відгуку, є симетричною функцією щодо Ω = 0

2 Нормована характеристика частотної залежності величини Автодін девіації генерується частоти

не є симетричною функцією щодо Ω = 0 Вид цієї функції в сильній мірі визначається величиною і знаком параметра неізохронністю у Найбільша крутизна дисперсионной залежності L (Ωη) в околиці Ωη = о має місце при у +1 При інших значеннях параметра неізохронністю автодинного генератора ефект частотної дисперсії проявляється в меншій мірі, і у разі ізохронного генератора, при у = О, він повністю відсутня

3 Фазовий кут зсуву Автодін девіації генерується частоти щодо змін амплітуди коливань (Ω ) = arctg [у / (1 + γΩ + Ωη ^)] також залежить від величин і знаків у і Ω .

Виявлені особливості залежностей Ка (Ω ), L (Ωη і δ (Ω) автодинного генератора на ДГ вказують на відмінності форми і величини спотворень Автодін откпіков як для наближаються і віддаляються відображають обєктів, так і від швидкості їх переміщення Фізичний сенс асиметрії девіації частоти автодина на ДГ повязаний із збільшенням кутів фазового зміщенні Автодін змін амплітуди автоколивань при зростанні 6 (Ωη) При цьому модуляція частоти за рахунок зміни амплітуди автоколивань внаслідок неізохронністю генератора на ДГ посилюється при одному знакові δ (Ω ) (власні Автодін зміни частоти і модулирующие із збільшенням δ (Ω ) наближаються до синфазним) і послаблюється при іншому знаку δ (Ω) (вказані зміни частоти в цьому випадку наближаються до протівофазним)

Аналіз спектра автодинного сигналу показав, що при зміні знака радіальної швидкості руху відбивача і інших рівних умовах спектральні компоненти автодинного откпіка генератора на ДГ змінюють не тільки кути відносного фазового зсуву, але також і свої амплітудні значення

Експериментальні дослідження авто-дінних откпіков, реєстрованих з зовнішнього детектора автодина на ДГ типу АА768В у разі наближається і віддаляється відбивача, якісно підтвердили отримані теоретичні результати Підтвердженням дисперсионной залежності Автодін девіації частоти генератора на ДГ також є відоме явище асиметрії спектру частотних шумів неізохронністю генератора, що має кореляцію між амплітудними і фазовими флуктуаціями У доповіді наведено аналіз зазначених виразів і представлені його результати

III                                  Висновок

Проведено дослідження повної електронної провідності активної області діода по Автодін-ному ефекту Показано, що наявність істотного звязку між автодетектірованіем, що виявляється в залежності Δ / (Α, ω), і змінами параметрів автоколивань, її необхідно враховувати при аналізі автономних генераторів на ДГ, їх модуляційних і флуктаціонних характеристик Розглянуто також питання застосування автодинного ефекту для контролю технічних характеристик автоколебательной системи Експериментальні дослідження Автодін відгуків, реєстрованих з зовнішнього детектора автодина на ДГ КВЧ діапазону, у разі наближається і віддаляється відбивача, якісно підтвердили отримані теоретичні результати Підтвердженням дисперсионной залежності Автодін девіації частоти генератора на ДГ також є також відоме явище асиметрії спектру частотних шумів неізохронністю генератора, що має кореляцію між амплітудними і фазовими флуктуаціями

IV                           Список літератури

[1] Воторопін С Д Розробка Автодін датчиків 5 мм діапазону довжин хвиль для транспортної електроніки: Звіт НІІПП за ОКР «Тигель» – Томськ, 1991 – 75 с

[2] Установка налаштування та вимірювання параметрів Автодом-нів в діапазоні 26-78 ГГц КЯЛЮ 41124200101-03 – НІІПП, Томськ, 1991

[3] А С № 1659933 СРСР IVIKH G01S 7/40 Імітатор доп-леровского сигналу / В Т Бузикін, С Д Воторопін,

Ю Л Красильников, В Я Носков (СРСР) – 4424241/09 Оголошене 150588 Зарег Б І № 2 1991 р – Зс: Іл1

[4] С Д Воторопін, В Я Носков Узагальнена модель і основні рівняння Автодін ГІС КВЧ на основі ме-запланарних ГАННІВСЬКА структур Изв Вузів Фізика – Томськ – 2001 – С 23-30

APPLICATION OF AUTODYNE EFFECT OF UHF OSCILLATORS FOR STUDYING THEIR RADIO PHYSICAL PROPERTIES

*Votoropin s D, **NoskovV Ya

*«NIIPP»

Tomsk, Russia e-mail: votoropin@mail tomsknet ru **State Technical Univ UPl Ekaterinburg, Russia e-mail: noskov@oko-ekru

An autodyne effect in UHF oscillators is presented for autonomous features investigation and checking its performance by means of the autodyne mode implementation In this report operation modes analysis of active non-linear Gunn diodes is discussed on the base of autodyne effect which has an essential importance at studying and developing of oscillators, particularly, at research of the total electronic conductivity of diode active region This relates mainly to the determination possibility of dependence on UHF oscillation amplitude and frequency, as well as a bias

Theoretical investigations of total electronic conductivity of diode active region are fulfilled under autodyne effect It is shown that the essential relation presence between autodetection occurring in Δ/ (Α,ω) function and oscillation parameters variations have to take into consideration at autonomous Gunn diodes oscillators analysis and their modulation and fluctuations properties Some aspects of autodyne effect applications are considered for technical characteristics checking of oscillations system Experimental researches of autodyne traces registered by the external detector for millimeter Gunn diode in cases of approaching and recessive reflector confirmed theoretical results The well-known phenomenon of frequency noise spectrum asymmetry of anisochronous oscillator has the correlation between amplitude and phase fluctuations and can also serve as additional confirmation of dispersed dependence of the autodyne frequency deviation of Gunn diode oscillator

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р