Преобразовательные СВЧ диоды. Бла-" J /\ i--- годаря нелинейности ВАХ преобразова-)Г/ тельные СВЧ диоды применяются в каче-

стве смесителей, умножителей и модулято-

£J ров.

Смесители частоты радиоприемников преобразуют слабый принимаемый с ан-Рис. 4.12. Схема преобра- хенны ОВЧ сигнал /свч в сигнал промежу-зователя частоты точной частоты /пч (рис. 4.12). Преобразование осуществляется с помощью вспомогательного сигнала с частотой /г местного генератора-гетеродина Г. В результате взаимодействия двух частот /сбч и /г на нелинейном элементе, каким служит диод, выделяется разностная промежуточная частота /пч, на которой происходит дальнейшее усиление принятого сигнала.

Диодные смесители частоты радиоприемников работают при очень слабых сигналах /сбч (десятки милливольт), в связи с этим их основными параметрами являются потери преобразования, коэффициент шума и выпрямленный ток.

Потери преобразования определяются как отношение мощности СВЧ сигнала, подаваемого на смеситель Рсвч, к мощности промежуточной частоты Рпч, получаемой на выходе

прб = Рсвч/пч или в децибелах (дБ) 6прб= Ю lg(PcB4/-Pn4)- (4.16

Для различных типов диодов Ьпpб = 5--15 дБ.

Коэффициент шума определяется как изменение отношения мощности сигнала к мощности шума на входе и выходе преобразователя

*ш = 10 Ig [(Рсвч ш)вк/(/„ч/ш)вых]. (4- 17

Величина собственных шумов и потери преобразования определяют важнейший показатель приемника - его шумовую чувствительность. Они зависят от выбора рабочего участка на нелинейной ВАХ диода, т. е. от тока /пр через диод. Этот ток выбирают при подаче на диод некоторого фиксированного уровня мощности.

Смесители частоты передатчиков преобразуют сигнал промежуточной частоты /пч с помощью сигнала гетеродина /г в СВЧ сигнал передачи /свч- Они работают при относительно большом уровне сигнала (сотни милливатт), поэтому смесительные диоды передатчиков рассчитаны на большую мощность рассеяния. В мощных смесителях, помимо минимальных потерь преобразования, практический интерес представляет к. п. д., т. е. коэффициент использования мощности гетеродина. Кроме перечисленных параметров, смесительные диоды характеризуют полным входным и выходным сопротивлениями. В качестве параметров предельного режима служат максимально допустимая СВЧ - мощность Рмакс, рассеиваемая в диоде; максимально допустимая энергия входного импульса длительностью до 10- с, после воздействия которого электрические параметры диода сохраняются в заданных пределах. Примерами смесительных диодов могут служить диоды Д405, Д408, Д501 и др. (табл. 4.5).

Таблица 4.5

у множительные диоды предназначены для умножения частоты СВЧ сигнала. Они характеризуются мощностью определенной гармоники при заданном значении мощности основной частоты сигнала, подводимой к диоду. Примером умножительного диода служат приборы типа КА602 (А-Д).

Модуляторные СВЧ диоды используются для модуляции СВЧ колебаний (изменения их параметров с модулирующей частотой, обычно значительно меньшей частоты модулируемого колебания). Их свойства оценивают отношением мощности подводимого модулирующего сигнала к выходной мощности передаваемого сигнала.

Детекторные СВЧ диоды предназначены для детектирования сигнала. Полезный эффект детектирования определяется чувствительностью по току или напряжению. Чувствительность по току определяется как отношение выпрямленного диодом тока к мощности подводимого к нему СВЧ сигнала е=1пр/Рвх. Чувствительность по напряжению - отношение приращения напряжения на выходе диода к вызвавшей это приращение мощности СВЧ сигнала, подводимой к входу диодного детектора.

Важными параметрами детекторного диода являются коэффициент шума, определяемый как отношение номинальной мощности шума диода в рабочем режиме к номинальной мощности тепловых шумов активного сопротивления (при той же температуре и полосе частот); коэффициент стоячей волны напряжения (КСВН) - отношение максимальной к минимальной напряженности электрического поля в волноводе.

Переключательные диоды. В этих диодах используется резкое изменение сопротивления диода переменному току при подаче на него прямого и обратного постоянных смещений. Различают резонансные и нерезонансные переключательные диоды. При прямом смещении резонансного переключательного диода он переводится в состояние параллельного резонанса и будет обладать большим сопротивлением для СВЧ сигнала определенной (резонансной) частоты. При обратном смещении диод переводится в состояние последовательного резонанса и будет оказывать на резонансной частоте малое сопротивление СВЧ сигналу. Переключая диод из состояния параллельного резонанса в состояние последовательного резонанса (путем изменения полярности постоянного смещения),

можно резко изменять полное сопротивление в тракте СВЧ и коммутировать тракт для сигнала СВЧ.

В нерезонансных переключательных диодах используется изменение динамического сопротивления диода с изменением полярности постоянного смещения (при прямом смещении диод обладает малым, а при обратном - большим сопротивлением СВЧ сигналу). Примерами переключательных диодов являются приборы типов ГА501 (А-И), КА509 (А-В) и др.

§ 4.8. Варикапы и варакторы

Варикапы. Варикапы - это полупроводниковые диоды с электрически управляемой барьерной емкостью перехода. Изменение емкости достигается изменением обратного напряжения. Вольт-фарадная характеристика Сбар=ф(/обр), представленная на рис. 3.9, имеет большую крутизну у несимметричных электронно-дырочных переходов, изготовленных методом вплавления примесей и имеющих более сложную функцию распределения их концентрации.

Как и в других диодах, сопротивление базы варикапа должно быть малым. Одновременно для увеличения значения пробивного напряжения желательно большое удельное сопротивление слоев базы, прилегающих к переходу. Исходя из этого основная часть базы - подложка - выполняется низкоомной, а слой базы, прилегающий к переходу, - высокоомным. Варикапы характеризуются следующими основными параметрами. Общая емкость варикапа Св - это емкость, включающая барьерную емкость и емкость корпуса, т. е. емкость, измеренная между выводами варикапа при заданном (номинальном) обратном напряжении. Для несимметричных р-я-переходов, полученных методом сплавления, со ступенчатым изменением концентрации примеси емкость

Св = S УщеМ/[8п (U + и)] (4.18)

составляет от нескольких единиц до сотен пикофарад. Контактная разность потенциалов

Скн = ikTie) In {РпПп/nf}. (4.19)

Коэффициент перекрытия по емкости kc в рабочем интервале обратных напряжений с-Свмакс/Свмин- В варикапах с несимметричным переходом clOO при изменении обратного напряжения от О до -10 В, а в варикапах с плавным переходом clO при изменениях обратного напряжения в десятки вольт.

Добротность варикапа Qb равна отношению его реактивного сопротивления на заданной частоте переменного сигнала к полному сопротивлению потерь при заданном значении емкости или обратного напряжения.

На рис. 4.13, а приведена эквивалентная схема варикапа. В нее включены: сопротивление потерь Гб (состоящее из активного сопротивления кристалла, омических контактов и выводов варикапа);