СВЧ-диоды

Размещено на http://www.allbest.ru/

СВЧ-диоды

Бакалавр Bachelor РТУ МИРЭА

Ключевые слова: диод; туннельный диод; высокая скорость переключения; рабочий диапазон частот; высокая мощность.

Abstract

Dyuzhikov Maxim Alekseevich

RTU MIREA

Microwave diodes

Keywords: diode; tunnel diode; high switching speed; operating frequency range; high power.

Введение

Данная статья посвящена исследованию СВЧ-диодов. В последние десятилетия СВЧ-технологии стали все более распространенными и востребованными в различных областях, таких как связь, радиолокация, медицина и наука. Одним из ключевых компонентов СВЧ-технологии являются СВЧ-диоды.

В статье рассматриваются основные принципы работы СВЧ-диодов, их свойства и характеристики. Описываются основные параметры и спецификации, которые необходимо учитывать при выборе и применении данных устройств.

В целом, данная статья представляет собой исчерпывающий обзор СВЧ-диодов, свойств и применения. Она будет полезна как специалистам в области СВЧ-технологий, так и широкому кругу читателей, интересующихся данной тематикой.

Диоды, используемые в СВЧ и их характеристики. Виды СВЧ диодов

Сверхвысокочастотные (СВЧ) устройства широко применяется в различных областях, таких как телекоммуникации, радиолокация, медицина, научные исследования и другие. В СВЧ -технике диоды играют важную роль, обеспечивая эффективную передачу и прием сигналов. Давайте рассмотрим несколько типов диодов, которые широко используются в СВЧ- устройствах, и их основные характеристики.

Варакторный диод (Varactor diode)

сверхвысокочастотный диод сигнал

Варакторный диод является пассивным элементом, который используется для изменения емкости в зависимости от приложенного напряжения. Он обладает высокой скоростью переключения и широким диапазоном рабочих частот. Варакторные диоды используются в основном для создания гетеродинных частотных делителей, фазовращателей и модуляторов.

Рис1.Обозначение варакторного диода.

Рис2.Структурная схема варакторного диода.

РисЗ.Вольтфарадная характеристика варикапа.

Ганновский диод (Gunn diode)

Ганновский диод является активным элементом, который обладает негативным сопротивлением и способен генерировать СВЧ-сигналы. Он имеет высокую мощность и широкий диапазон рабочих частот. Ганновские диоды находят применение в СВЧ-генераторах, усилителях и осцилляторах.

Рис4. Обозначение Ганновского диода.

Рис 4. Структурная схема Ганновского диода.

Рис 6. ВАХ Ганновского диода.

Шоттки-диод (Schottky diode)

Шоттки-диод является быстрым полупроводниковым диодом, который обладает низким падением напряжения и высокой скоростью переключения. Он используется в СВЧ-приемниках, смесителях и детекторах. Шоттки- диоды также широко применяются в солнечных батареях и высокочастотных выпрямителях.

Рис7.Обозначение диода Шоттки.

Рис 8.Структурная схема диода Шоттки.

Рис 9.ВАХ диода Шоттки в сравнении с обычным p-n диодом.

ПИН-диод (PIN diode)

ПИН-диод является структурой, состоящей из полупроводникового слоя P, интрудукционного слоя I и слоя N. Этот диод обладает высокой мощностью и низким уровнем шума. ПИН-диоды используются в СВЧ- переключателях, аттенюаторах, оптических приемниках и передатчиках.

Рис 10.Обозначение PIN-диода.

Рис11 .Структурная схема PIN-диода.

Рис12.ВАХ PIN-диода.

Туннельный диод (Tunnel diode)

Туннельный диод является полупроводниковым диодом, который обладает особенностью пропускать ток через барьерную область. Он обладает высокой скоростью переключения и низким уровнем шума. Туннельные диоды используются в СВЧ-усилителях, генераторах и детекторах.

Рис13.Обозначение Туннельного диода.

Рис13.Структурная схема Туннельного диода.

Рис15.ВАХ Туннельного диода.

Точечный диод(Point diode)

Точечный диод -- полупроводниковый диод с очень малой площадью p-n-перехода, который образуется в результате контакта тонкой металлической иглы с нанесенной на неё примесью и полупроводниковой пластинки с определенным типом проводимости. С целью стабилизации параметров и повышения надёжности точечные диоды могут проходить электроформовку, для этого при изготовлении через диод пропускается импульс тока в несколько ампер и острие иглы вплавляется в кристалл.

Рис16.Обозначение Точечного диода

Рис17.Структурная схема Точечного диода.

Рис18.ВАХ Точечного диода.

Характеристики диодов

Варакторный диод: рабочий диапазон частот обычно составляет от 100МГц до 10 ГГц.

Ганновский диод: рабочий диапазон частот обычно составляет от 0.1ГГц до 100ГГц.

Шоттки-диод: рабочий диапазон частот обычно составляет от 1ГГЦ до 100ГГц.

ПИН-диод: рабочий диапазон частот обычно составляет от 1кГц до 40ГГц.

Туннельный диод: рабочий диапазон частот обычно составляет от 500МГц до 150ГГц.

Точечный диод: рабочий диапазон частот обычно составляет от 100кГц до 10ГГц.

Также стоит учитывать другие факторы, такие как стоимость, доступность и надежность диода. Некоторые диоды могут быть более дорогими или сложными в производстве, что может повлиять на их выбор. Также важно учитывать надежность диода, особенно если он будет использоваться в критических системах, где отказ диода может привести к серьезным последствиям.

Кроме того, необходимо учитывать требования к мощности и энергопотреблению. Некоторые диоды могут быть более эффективными в использовании энергии, что может быть важным фактором для приложений с ограниченным источником питания.

В целом, выбор наилучшего диода зависит от конкретных требований и характеристик приложения. Необходимо учитывать все факторы, чтобы выбрать наиболее подходящий диод для определенной задачи.

Применение СВЧ диодов и выбор подходящего для реализации управляемого соглосователя

Каждый из этих диодов имеет свои уникальные характеристики и предназначен для определенных приложений в СВЧ - устройствах. При выборе диода необходимо учитывать требования к рабочей частоте, мощности, скорости переключения и другим параметрам, чтобы обеспечить эффективную работу СВЧ-устройства.

Например, если требуется изменение емкости в зависимости от приложенного напряжения, то варакторный диод будет лучшим выбором. Он обладает высокой скоростью переключения 10нс - 100нс и широким диапазоном рабочих частот от 100МГц до 10ГГ.

Если нужно генерировать СВЧ-сигналы, то ганновский диод будет наиболее подходящим. Он обладает высокой мощностью 30-250мВт и широким диапазоном рабочих частот от 0.1ГГц до100ГГц.

Шоттки-диод отличается низким падением напряжения 0,2-03 В и высокой скоростью переключения 10нс - 100 нс, что делает его идеальным для использования в СВЧ-приемниках, смесителях и детекторах.

ПИН-диод обладает высокой мощностью 10-100мВт и низким уровнем шума 1-2дБ, что делает его предпочтительным для использования в СВЧ - переключателях, аттенюаторах, оптических приемниках и передатчиках.

Туннельный диод обладает высокой скоростью переключения 1 -10пс и низким уровнем шума 1,5-2 дБ, что делает его подходящим для использования в СВЧ-усилителях, генераторах и детекторах.

Одним из основных применений точечных диодов в СВЧ является их использование в генераторах сигналов. Благодаря своей высокой эффективности и быстрому времени реакции, они могут генерировать стабильные и чистые сигналы в широком диапазоне частот. Это делает их идеальными для использования в радиосвязи, радарах и других сверхвысокочастотных системах.

Вывод

В современном мире СВЧ-диоды играют ключевую роль в создании и развитии множества технологий, начиная от бытовой техники и заканчивая космическими аппаратами. Их широкий спектр применения обусловлен их уникальными свойствами, такими как высокая эффективность, надежность и компактный размер.

СВЧ-диоды используются для передачи и приема сигналов, а также для создания радиоволн различных диапазонов. Благодаря своим низким издержкам производства и высокой работоспособности, они являются важнейшим компонентом для мобильных устройств, беспроводных технологий, радаров, систем связи и автоматизации производства.

Однако, развитие технологий СВЧ-диодов не стоит на месте. Новые материалы, более совершенные методы изготовления и быстрая технологическая эволюция продолжают улучшать производительность и эффективность таких устройств. Кроме того, активно ведутся исследования в области создания более экологически чистых и энергосберегающих СВЧ - диодов.

Таким образом, СВЧ-диоды не только широко применяются в современных технологиях, но и остаются объектом постоянного интереса для научных исследований и разработок. Они продолжат играть важную роль в современной технологической эволюции, и их дальнейшее усовершенствование будет способствовать развитию многих отраслей промышленности и науки.

Литература:

Техника и полупроводниковая электроника СВЧ : Учебное пособие [Электронное издание] / О.О. Дробахин, С. В. Плаксин, В. Д. Рябчий, Д. Ю. Салтыков. - Севастополь: Вебер, 2013.- 322 с.

Расчет и измерение характеристик устройств СВЧ и антенн : учебное пособие / Ю. Е. Мительман, Р. Р. Абдуллин, С. Г. Сычугов [и др.] ; [под общей редакцией Ю. Е. Мительмана] ; Министерство образования и науки Российской Федерации, Уральский федеральный университет. -- Екатеринбург : Издательство Уральского университета, 2016. -- 140 с..

Дорохин М.В., Здоровейщев А.В. Диод Шоттки на основе GaAs: технология получения и диагностика: учебно-методическое пособие. Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2013. - 75 с.

Чернышев, О. В. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн : учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности 2011 (Радиовещание, радиосвязь, телевидение) / О. В. Чернышев, Н. Д. Козырев, В. Г. Кочержевский. - 2-е издание. - Москва : Научно-техническое издательство "Горячая линия-Телеком", 2004. - 491 с. - (Специальность). - ISBN 5-93517-092-2. - EDN QMNRYH.

Размещено на Allbest.ru