5. Устройство волноводного генератора на диоде Ганна в настоящей работе рассматривается генератор на диоде Ганна в волноводном исполнении. Устройство генератора показано на рис. 11.

Рисунок 11.

Диод 13 закреплен положительным электродом в теплоотводящей цанге 15. Диск 9, в котором укреплен диод, образует с цангой и теплоотводом 14 открытый радиальный резонатор. Деталь 9 - это одновременно элемент открытого резонатора (поле сосредоточивается между нижней стенкой волновода и диском; высота диска над волноводом 5 и его диаметр определяют частоту генератора) и в то же время - фильтр НЧ, состоящий из конструктивных индуктивностей и емкости (утонченные части, по длине равные , это- индуктивные элементы, утолщенная часть вместе с внутренней поверхностью детали 6 - сосредоточенная емкость). Фильтр устраняет утечку СВЧ энергии из волновода.

Согласование генератора с волноводом обеспечивается короткозамыкающим поршнем 4 и индуктивным элементом - винтом связи с антенной 10, регулирующим выходную мощность.

Механическая перестройка генератора в диапазоне 10-10,5 ГГц производится подбором диаметра диска, изменением расстояния между диском и цангой и перемещением короткозамыкающего поршня. При диаметре диска 12,5 мм расстояние между ним и цангой на частоте 10 ГГц должно быть около 4 мм.

Короткозамыкающий поршень должен отстоять от оси диода на полволны, что для той же частоты составляет 19,5мм. На равном расстоянии от генератора со стороны антенны размещают винт связи с антенной. С этой стороны волновод заканчивается муфтой 12 с укрепленной на ней рупорной антенной.

К теплоотводящим устройствам предъявляются высокие требования, поэтому все узлы генераторно-волноводного тракта должны быть выполнены тщательно, с использованием рекомендуемых материалов. цангу 15, теплоотвод 14 и диск резонатора 9 вытачивают из красной меди. гайку 7, плоскую гайку 11 (МЗ) из латуни, а изолятор 8 - из фторопласта. Короткозамыкающий поршень 4. без щелей и скользить по стенкам волновода; в центре поршня винт. Из полосок меди размерами 1Х6 мм сгибают скобы 2 и 3 с отверстием диаметром 3,5 мм в центре, между ними вставляют гайку и пропускают винт поршня 4. Вращение гайки приводит к перемещению поршня, который должен расположиться на расстоянии 19-20 мм от оси диода гайку 10, насаживают муфту на 10 мм на правую часть волновода. Диод устанавливают в цангу и закрепляют его гайкой 17.

Диод Ганна 1 установлен между широкими стенками прямоугольного волновода на конце металлического стержня. Напряжение смещения U₀ подается через дроссельный ввод 2, который выполнен в виде отрезков четвертьволновых коаксиальных линий и служит для предотвращения проникновения СВЧ - колебаний в цепь источника питания. Низкодобротный резонатор образован элементами крепления диода в волноводе. Для диода АА703Б рабочий ток должен составлять 320 мА при напряжении 8,5-9 В, а для диода АА703А - 270 мА. Цепочка RЗС1 подавляет паразитные колебания. В волноводе формируются волны типа ТЕ10. Оптимальный пирамидальный рупор имеет ширину диаграммы направленности 16° на уровне 0,5, при раскрыве рупора 100х120 мм и длине шесть длин волн.

Рисунок 12

Сигнал, принятый рупорной антенной Ан1, ( рисунок 12) фильтруется волноводным резонатором L1, в котором установлен детектор Д1. Сигнал с детектора фильтруется конструктивной емкостью С1 и поступает на усилитель НЧ на микросхемах

Передатчик выполнен в виде двух модулей: формирователя наносекундных импульсов напряжения на диоде Ганна с резонаторной камерой и источника питания.

Приемник включен в общий с передатчиком волноводный тракт, подключенный к антенне

Теоретический расчёт показал, что изменение положения короткозамыкающего поршня в СВЧ-тракте наряду с изменением мощности СВЧ-колебаний приводит к изменению амплитуды колебаний в низкочастотном контуре, что позволяет регистрировать наряду с сигналом автодетектирования в цепи питания по постоянному току сигнал внешнего детектирования как на частотах СВЧ-диапазона, так и в низкочастотном диапазоне. Волновод приемника конструктивно соответствует волноводу передатчика Для настройки служит поршень 3, который крепят скобой с гайкой, аналогично с конструкцией волновода передатчика. Поршень располагается на расстоянии четверти длины волны (9,5 мм) от диода.

К цепи питания диода Ганна через разделительный конденсатор параллельно диоду был подключен низкочастотный контур. Частота низкочастотных колебаний 450 Гц. Для детектирования низкочастотных колебаний использовался детекторный диод типа Д 405. Для контроля СВЧ-колебаний использовался измеритель мощности. Кроме того, в ходе экспериментальных исследований регистрировался постоянный ток, протекающий через диод Ганна, по падению напряжения на резисторе с сопротивлением порядка 1 Ом, включённом в цепь питания диода Ганна.

а) включить измерительный прибор ГК4-19. Пока прибор прогревается, измерить вольт - амперную характеристику диода Ганна. Для этого тумблер “сеть - выкл” поставить в положение “сеть” и тумблер “ДГ - выкл” в положение “ДГ”. Ручкой “ДГ” изменять напряжение через 1 В, считывая показания с вольтметра и миллиамперметра блока питания. По окончании измерений ручку “ДГ” повернуть до упора влево. Построить график;

б) измерить генерируемую частоту. Убедиться, что тумблер “измер. мощн.” - “генер. cигн.” находиться в положении “измер. мощн.”. Установить ручкой “ДГ” напряжение 8 В. Диод Ганна начнёт генерировать. Вращая ручку “измерение частоты”, наблюдайте за показаниями прибора. Начиная с некоторого момента они должны уменьшаться, достигая минимума, а затем возрастать. Поворачивая ручку в обе стороны, добейтесь точного минимального показания. С помощью графика переведите показания шкалы волномера в значение частоты;

в) изменить напряжение на варакторном диоде ручкой “ВД”. Проведите измерения мощности для 5 - 7 значений напряжения на варакторном диоде. Постройте график зависимости мощности от частоты.