Влияние формы СВЧ импульсов на выходные харакгеристики смесительных диодов с барьером шотки

УДК 621.382.2

ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ СВЧ ИМПУЛЬСОВ НА ВЫХОДНЫЕ ХАРАКГЕРИСТИКИ СМЕСИТЕЛЬНЫХ ДИОДОВ С БАРЬЕРОМ ШОТКИ

Методом численного моделирования решается система нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих работу смесителя. Анализируется влияние сигналов. синусоидальной и треугольной формы на соотношение между различными гармониками. Показано, что при повышении скважности импульсов треугольной формы можно добиться практически стопроцентного преобра­зования мощности сигнала в удвоителях частоты. Рассматриваются релаксационные явления в схеме.

КС:

смесительный диод, численное моделиро­вание

В настоящее время анализ смесителей на диодах Шотки осуществляется в основном при помощи их ли­нейной гармонической модели [1]. В то же время из­вестно, что в зависимости от режима работы гетеро­дина форма импульсов напряжения на. диодах может от­личаться от синусоидальной и что реальная модель в дейст­витель­ности не является линейной, представляя собой систему нелинейных дифференциальных уравне­ний, из которых не удается в явном виде получить временные зависимости тока и напряжения. Система уравнений, описывающая эту модель, имеет вид:

где Vb - величина, падения потенциала на барьере;

q - заряд электрона; k - постоянная Больцмана;

Т - температура диода; L - индуктивность диода и цепи смесителя; RS - последовательное сопротивле­ние диода; i - полный ток диода», E(t) - ЭДС гете­родина; n – коэф­фициент идеальности; С0 - емкость барьера при нулевом смещении; jb - высота барьера; CП- емкость балочных выводов; iS - ток насыщения диода; n - частота гетеродина; t - длительность работы после включения.

В работе [2] для решения приведенной системы предлагается использовать метод Рунге-Кутта, одна­ко анализ проведен лишь для синусоидального входно­го сигнала. Поэтому вопрос о влиянии формы СВЧ-сигнала на характеристики смесителя в настоящее время остается открытом.

В настоящей работе сопоставляются импульсы, имеющие синусоидальный, и треугольный вид. Система уравнений (I) решалась на ЭВМ методом Рунге-Кутта.

Анализировались различные гармонические со­ставляющие выходного тока и падения потенциала на барьере. При расчетах предполагалось, что

Dx- шаг интегрирования дифференциальных уравнений; m- номер гармоники.

Разделение на составляющие проводилось отдель­но для каждого периода, в результате чего контроли­ровались также релаксационные процессы.

ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА. СЕР. ЭЛЕКТРОНИКА, ВЫП. 10(44, с.11-12

Сопоставление различных режимов работы смеси­теля показало -(рис. I), что время выхода на стаци­онарный режим зависит от характеристик смесителя,

Рис.1. Релаксация первой (I), второй (2,4,6) и третьей (3,5) гармоник составляющих падения потен­циала на барьере при (синусоидальной ЭДС (——) и треугольном импульсеи при последователь­ной индуктивности 0,05 нГн (1-3), 0,15 нГн (4-6)

формы импульса и номера гармоники, откуда следует, что для обеспечения максимальной скорости релаксации необходимо снижать индуктивность цепи. При уве­личении же номера гармоники следует ожидать увели­чения времени релаксации.

Сравнение выходных мощностей первой и второй гармоник в зависимости от скважности треугольных импульсов и индуктивности позволило установить (рис.2), что с увеличением скважности выходной мощности на второй гармонике может на порядок и более превосходить мощности остальных гармоник.

Расчеты свидетельствуют о низкой эффективнос­ти генерации на третьей и четвертой гармониках (мощность в 3-10 раз меньше, чем на первой). Необ­ходимо также отметить слабое влияние скважности им­пульсов, не позволившее превзойти по мощности ни первую, ни вторую гармоники.

Рис.2, Релаксация отношения между мощностями вто­рой и первой гармоник при Rs = 3 Ом (5). 5 Ом (1-4, 6-8). L = 0,05 нГн (1-5), 0,10 нГн (6,7), 0,15 нГн (8) и при скважности треугольных импульсов-2 (1,6,8),- 3,, 4 (3), 5 (4,5,7)

Результаты вычислений могут быть использованы в удвоителях частоты, что позволит обеспечить прак­тически стопроцентное преобразование мощности гете­родина, или в субгармонических смесителях для сни­жения потерь преобразования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Микро электронные устройства СВЧ / Г. И. В е-с е л о в, , и 'др. - М.: Высш. шк., 1988.

2.Кегг A»R. A technique for de terming the lecal oscillator wave forms in microwave mixer// IEEE Trans.-1975.-Vol. LTT.-23,No 10. - P.

Статья поступила 3 пиля 1991 г.