Добрый день, я занимаюсь расчетом генератора на диоде Ганна
Параметры такие: диод 3А703; частоты 9,3...9,5 ГГц
Приблизительная схема

Для генератора использую волновод 23х5 или 23х10, пока не решил что лучше. Выход должен быть 23х10, но мне советуют брать 23х5 с переходником на 23х10.
Есть несколько вопросов, на которых нигде не смог найти ответы, буду благодарен за любую помощь:
1) Мне нужно определить растояние от задней стенки на которых будут располагаться диоды, как это можно сделать? Есть такая картинка
http://s019.radikal.ru/i640/1204/1f/d286c7843000.png но вроде это совсем не то, что должно быть.
2) Рабочий диапазон диода 3А703 8,24...12,42 ГГц , значит ли это то, что мне нет смысла использовать варактор и требуемой перестройки частоты я смогу добиться с помощью изменения болтом резонансного объема, т.е. вот таким решением?:

В таком случае есть ли формулы для расчета зависимости объема от частоты?
Есть формула для расчета резонансного значения длины волны генератора:

При этом длина резонатора получается 2,215 см для волны 3,2 см. Если я ставлю варактор на 1/4λ от задней стенки и диод Ганна на 1/2λ от варактора (следуя советам и инструкциям), получится 2,4, а это уже больше. Как я понимаю под словом "длина резонатора" подразумевается не длина волновода, ведь в последствии при подключении к генератору волновода - его длина (как и объем) как бы увеличивается за счет подключенного волновода. В таком случае что же такое длина резонатора и его объем?

Gunn oscillator design for the 10-GHz band
Gunn Diodes at 10000 MHz

Полезные статьи. На русском языке можно посмотреть книги:
Давыдова, Данюшевский Диодные генераторы и усилители СВЧ
Каганов Полупроводниковые СВЧ передатчики
Полупроводниковые СВЧ приборы под. ред. Хауэса и Моргана

1. Какая мощность генератора требуется? 703 диод заведется и в канале 23х10.
2. Варактор не требуется для такой частотной перестройке. Можно перестроить как напряжением питания диода (электронный способ), так и изменением длинны резонатора (глубины погружения штыря) все в допустимом перепаде уровня мощности генератора.
3. Длинна резонатора - это расстояние от плоскости установки диода до короткозамыкающей пластины. Определяется реактивным сопротивлением диода.

EVS, спасибо, сейчас буду смотреть.

Мощность ~10 мВт.
Как можно рассчитать зависимость частоты от погружения штыря? Как я понимаю надо вычислить объем и по нему судить?

http://s019.radikal.ru/i644/1204/9d/9b011f71279b.gif
Зависимость частоты генерируемых колебаний от напряжения для диода 3А703
Как можно растолковать этот график? Почему 2 линии а не одна. Если имеется ввиду разброс, то почему он такой несимметричный и при 8,5 В равен 0?

Лично у меня бы возникли вопросы уточнения .
1. Для каких целей нужен этот генератор ?
а) просто генерации 9,5гГц или потом это прийдется как то модулировать или перестаивать-подстраивать ?(вот тут возможно варактор был бы не лишним ) .
б)с какой стабильностью болжен работать генератор ?
2) Какой режим работы генератора - непрерывный или импульсный .
А так в остальном все правильно все верно !

Генератор должен генерировать непрерывный сигнал с перестройкой от 9,3 до 9,5 ГГц. Относительная нестабильность частоты ∆f/f0 ≤ ±10^-6. Модуляция не нужна.
Это мой дипломный проект, раньше ничем подобным не занимался и можно сказать делаю всё вслепую. Спасибо EVS, помог разобраться с мембраной, но остальные вопросы для меня по прежнему загадка. Есть пример расчета генератора для перестройки частоты варактором. Я возможно варактор не буду рассчитывать, но тогда нужно рассчитать перестройку штырем, пока к сожалению не нашел нужных формул.

Начал расчет схемы без варактора. Может кто может подсказать как рассчитать нужный размер штыря для изменения частоты в заданных пределах?
http://s019.radikal.ru/i609/1204/96/5f5bd8066dde.png
Если я использую мембрану 'в', то она должна быть расположена четко на расстоянии l? Просто мембрана 'а' должна быть дальше l, а 'б' ближе. И какие плюсы при использовании мембраны 'в' ?

по перестройке частоты:
частота колебаний генератора определяется балансом фаз. В Вашем случае он имеет вид: Bд+Вр+Вш=0, где Вд - реактивная проводимость диода Ганна, Вр - проводимость резонатора, Вш - проводимость штыря. Проводимость диода можно взять в литературе (например в тойже книге Н.С. Давыдовой, которую указывал ранее). Резонатор предстовляет собой отрезок волновода, короткозамкнутого на конце. Отсюда, знаяя его волновое сопротивление можете посчитать его входное сопротивление (например мне нравится книга Мейнке, Гундлах Радиотехнический справочник т.1), там же можете посчитать сопротивление штыря, погруженного в резонатор.
Варактор не надо рассчитывать - его надо правильно применить. Объем резонатора непричем. Резонаторы разного объема могут обеспечить генерацию на одинаковых частотах.
Почитайте книгу и все проясниться.

[quote name='kadet.89' date='Apr 7 2012, 19:22' post='1046605']
Генератор должен генерировать непрерывный сигнал с перестройкой от 9,3 до 9,5 ГГц. Относительная нестабильность частоты ∆f/f0 ≤ ±10^-6.
--------------------------
А вот с этим вопросом возможны проблеммы . На 10гГц уход частоты подобного генератора будет где то 350кГц на градус !!! И это очень в хорошем случае . Увы ганплексеры не отличаются стабильностью частоты .

Ага. Генератор выходит в свой тепловой режим минут за 40.

Вот Вам методчка с рачетом простейшего генератора на диоде Ганна.

Спасибо за ссылки/советы на книги и методички. Я прочитал методичку и пролистал книгу Н.С. Давыдовой. В них я не нашел ни слова о том, что диод должен быть расположен на определенном расстоянии от задней стенки, отсюда я сделал вывод, что расстояния в пределах от 1/2λ до 1/4λ должны подойти. Диафрагму решил взять емкостную т.к. о плюсах и минусах нигде не написано, но в одном из примеров я видел емкостную. Кроме того я не стал заморачиваться и рассчитал схему с варакторной перестройкой частоты. Т. ч. индуктивная мембрана из-за использования 2-х диодов не подходит.
КПД вышел для частоты 9,5 ГГц 0,484, для частоты 9,3 ГГц 0,4695 это адекватный результат или должно быть значительно меньше? Получается если диод 3А703Б, то отдаваемая в нагрузку мощность будет 0,4695*20=9,39 мВт.

kadet.89, у Вас должна получиться конструкция вроде этого промышленного образца генератора на 8-11 ГГц (диод 3А723А), перестройка винтом, подстройка варактором (3А610Б), 10-30 мВт. Если захотите "препарировать" образец и сравнить свои расчеты конструкции с элементами образца, пишите на xslefni гав gmail.com

1. Думаю, что диафрагма Вам не нужна.
2. Конструкция с варикапом много сложней (и при конструировании и при защите) чем простая камера с механической перестройкой.
3. Длина резонатора примерно четверть длины волны. Это связано с распределением поля в резонаторе. В месте включения диода эл. поле должно быть максимальным.
4. Мощность определяется не так, См. методичку.
5. КПД большой если это не в процентах.

А по какой специальности Вы пишете диплом?

Диафрагму советую оставить . Все зависит от нагрузки на которую будет нагружен генератор.
Она уменьшит влияние нагрузки на уход генератора по частоте и обеспечит хорошую настроечную характеристику . Обычно ставят LC диафрагмы .

DEM_ALEX, специальность "средства связи с подвижными объектами". В универе сейчас полный бардак, точнее запущение и дали тему, какую смогли дать, выбирать не приходилось. Из близкого по теме был года 2 назад курс про волноводы. За это время уже всё позабылось т.ч. приходится вникать в неизвестную тему. На кафедре к сожалению нету компетентных по данной теме специалистов и никто помочь там не может. Может оно и к лучшему, на защите хоть поменьше придирок будет.
Сейчас начал с 0 по методичке делать, посмотрю что будет получаться.
Если я винт, который для изменения частоты, ввинчу полностью, частота уменьшиться должна или увеличиться?

При введении емкостного штыря (до величины b/2) он вносит свою емкость Cш, аналогичную той, что вносит варактор. Я полистал литературу, которая у меня есть, но не нашел вычисление емкости которую штырь вносит. Известны все размеры штыря и его материал, т.е. мне надо вычислить Сш, при штыре введенном в волновод на 0,5. Может кому приходилось делать такие расчеты или кто знает где можно про это почитать?

Следуя совету DEM_ALEX, расчитываю проводимости штыря
http://s018.radikal.ru/i506/1204/70/cbf34e3b618f.png
Здесь мне надо λ и λв брать те, что при требуемых частотах (9,3 и 9,5) или надо брать 2,53 (при частоте 11,87 ГГц) которая получается при расчете генератора без всяких штырей и варакторов?
После того, как я найду Bд, Вр и Вш, как мне частоту узнать?

Хорошая методичка, спасибо. С удовольствием бы ознакомился еще с методичками этого ВУЗа по обычной полупроводниковой схемочехнике. Не поможете ?

При ввинчивании настроечного диэлектрического штыря (вращение по часовой стрелке), частота генерации уменьшается и наоборот-при вывинчивании (вращение против часовой стрелки), частота -увеличивается.

vladim117, спасибо за картинки. Диоды, как я вижу, находятся на одной дистанции от задней стенки?
А вообще откуда такой девайс, продается где или снят с другого оборудования?, схемы или названия к нему не прилагалось в комплекте?
И самый главный вопрос - болтом какой перестройки частоты удается добиться? если там 2-3 ГГц, то может мне и нет смысла рассчитывать.

Можно перестраивать при помощи диэлектрического штыря или металлического. Про диэлектрический уже написали. Про металлический: при погружении штыря в волновод через лямда/4 он меняет характер проводимости (можно сказать знак), то есть частота может как увеличиваться, так и уменьшаться при вкручивании.
Может Вам пойти по самому простому пути: для перестройки применить короткозымыкающий поршень. Рассчитать длину резонатора при частоте 9,3 ГГц и при 9,5 Ггц. И перестраивать при резонатор между ними.

to vladim117 интересная конструкция. Для согласования диод вынесен из пучности поля. Только греется наверно все это сильно.

to kovigor Даже незнаю чем Вам помочь. Я обычной полупроводниковой схемотехникой не занимаюсь, и поэтому не вкурсе чего у них там есть из метод. материалов. Когда сам учился весь курс мусолили усилительный каскад с ОЭ. Но это уже давно было мож что изменилось. Если Вас что-то конкретное интересует - спрашивайте мож найду.

Интересует особенно расчет генераторов - RC, LC. Очень хотелось бы найти толковые мотод. указания ...

Не такого точно нет. У вех все в голове. Я давно уже собирась сделать методичку по курсовому проектированию, в которой был бы раздел по проектированию НЧ генераторов. Но времени все нет. Придится много ерунды делать в институте и работать вне института.

Да, диоды находятся на одной дистанции от задней стенки. Девайс до сих пор используется в устройствах радиолокации и, скорее всего, до сих пор производится. По вопросу продаж пишите в личку или по почте (адрес сообщал). Есть паспорт и схема, называется "Прибор". Выпускается настроенным на частоту 10 ГГц (30 мВт), винтом перестраивается в диапазоне частот от 8,7(20 мВт) до 11,1 ГГц (5 мВт). Это экспериментальные данные, технических условий на прибор у меня нет.

vladim117, спасибо, но думаю мне этот девайс будет не по карману.
DEM_ALEX, скажите пожалуйста, где в методичке учитывается режим работы диода. Я знаю что используется ОНОЗ, но как это учтено?

kadet.89, мне кажется, что для дипломного проекта этот прибор Вам и не нужен. Если только снять размеры и сделать демонстрационные эскизы. О цене и доставке не могу в этой теме писать, "личка" у Вас не включена, e-mail не знаю.

vladim117, а есть ли такой в канале 7,2х3,4 или 5,2х2,6 ?

При таких параматрах волновода диапазон будет совсем другой .
В НИИ ПП в томске есть подобное (это их хлеб) .

Генераторы на эти диапазоны нужно искать в НПП "Салют" (Н. Новгород), "Исток" (Фрязино) и, как верно сообщил Самоделкин,
в НИИПП (Томск). У меня с таким сечением волновода (7,2х3,4) имеется управляемый аттенюатор 31,0...37,5 ГГц, 1...20 дБ,
КСВ 1,5, Рвх.свч 2 вт. Есть также несколько упр. аттенюаторов с сечением волновода 2,4х1,2. Если интересно, пишите ЛС.

[quote name='vladim117' date='Apr 10 2012, 23:22' post='1047728']
Генераторы на эти диапазоны нужно искать в НПП "Салют" (Н. Новгород), "Исток" (Фрязино)

ЖИГ генераторы Краснодар. Диапазон от 1 до 37 ГГц. " Салют " и " Исток" -узкополосные.

А реально, до скольки там автогенератор работает? Не поверю, что до 37 ГГц. Наверное до 10 ГГц, максимум, с последующим умножением.

Однако диапазон 1-37 гГц !!!
Это очень и очень !!! ДГ с такой пересторойкой мне неизвестны . Похоже правда- умножение частоты . А какой у них конструктив ?
Как нагрузку подключать?

Приветствую уважаемых участников форума!
В параметрических усилителях в качестве генераторов накачки используются автогенераторы на диодах Ганна на частоты 36 - 39 ГГц (те, что проходили у меня ремонт). Как правило, используются вместе с аттенюаторами, в качестве развязки между генератором и нагрузкой устанавливаются вентили. В зависимости от рабочего диапазона параметрического усилителя, генераторы накачки могут иметь ступень умножения (например, 72 ГГц). Мне встречались такие генераторы только волноводной конструкции с элементами механической подстройки.
Интересно, измерял кто либо уровень фазовых шумов таких генераторов, стабилизированных кольцом ФАПЧ? Что при этом получалось?

Разве я сказал, что один генератор перекрывает этот диапазон? Написано ГЕНЕРАТОРЫ перекрывают диапазон.Генераторы Я2Р- ХХ.
Спектральная плотность АМ шумов, например у Я2Р-72 -гарантируется -165 дБ/Гц при отстройке 20 МГц. До 18 ГГЦ с коаксиальным выходом, выше- волновод.

Тоже только с волноводными конструкциями работал. Но в книге видел и и микрополосковые с переходом на волновод.

А я и не спрашивал про это. Вопрос был к реальной максимальной частоте генерации. Пусть он имеет хоть какую полосу перестройки. 37 ГГц всяко умножением частоты получаются, ну хотя бы 18,5 ГГц на два, которые и генерятся собственно автогенератором. Но и цифра 18,5 меня смущает. Вот и справшиваю, где граница работы автогенераторной части.

37,50 ГГц. М31154-2. До 18 сам разбирал и настраивал, без умножения. Выше не разбирал, но разработчики говорили, что на прямую.

Интересно, на каких транзисторах они до таких частот дотягиваются? Похоже, на полевых - с ними можно. Что-то я сразу их исключил, вот и сомнения возникли.

Диоды Ганна.

Вы меня что-то совсем запутали. М41154 бш2.210.266ТУ, тема "Очерет-3" вроде были транзисторными до 18ГГц.
Добавлено. А-а-а, понял не М41154, а М31154.
У нас в Киеве на Орионе серийно делали ГЛПД на 120ГГц - у меня однокурсник на них собирал на им. Мануильского медицинские приборы.

Спасибо всем за "тематические" дискуссии. Я вижу вы все компетентные люди, помогите пожалуйста найти ответ на 2 оставшихся вопроса.
1)Я помещаю емкостной штырь (латунь, диаметр 5) На глубину 5, как вычислить его емкость?
Я нашел формулу для вычисления эквивалентной проводимости, но к сожалению мне это ничего не дает, т.к. для вычисления частоты генератора нужна емкость в пикофарада которую вносит этот штырь в схему.

Я посчитал емкость штыря допустив что это уединенный проводник.

Вышло 250 * (10^(-9)) * (0,0005 / ((18 ln(0,001 / 0,0005)) - 1)) = 1,089Ч10^-11 = 10,89 пФ, εг взял 250, т.к. точно не знаю какое оно должно быть, но при увеличении результат возрастает, а он и так уже в 10 раз больше ожидаемого. Скажите пожалуйста, это корректный рассчет?
vladim117, на скрине не очень понятно что это за диэлектрик, мне тут подсказали что это рубин... мжно это уточнить?
Я почтитал емкость для рубинового "проводника", получается 10 * (10^(-9)) * (0,0005 / ((18 ln(0,001 / 0,0005)) - 1)) = 4,35667231 Ч 10-13 = 0,435 пФ что вроде адекватно и обеспечивает нужную перестройку частоты.

2) Мне нужно рассчитать генератор для режима ОНОЗ, в предоставленных методичках и книгах нет ни слова о том как учитывать режим работы диоды и напряжение питания, подскажите, как это можно учесть если известна модель диода (3А703Б), его рабочее напряжение, емкость корпуса и индуктивность.
Это эквивалентная схема диода Ганна, по ней я рассчитал частоту (без учета всех остальных влияющих параметров), вышло 11,8 ГГц, но здесь нет зависимости от напряжения и от режима работы => расчеты неверны!?
Огромное спасибо всем, кто сможет помочь.

vladim117, на скрине не очень понятно что это за диэлектрик, мне тут подсказали что это рубин... мжно это уточнить?

Штырь с виду - розовая СВЧ керамика, диаметр 4,7 мм, видимая длина 12 мм, вклеен в перестроечный винт. Из такой же керамики выполнена вставка волноводного окна.

1. Если рассчитали проводимость штыря, то зная ее характер сожно посчитать величину емкости. Проводимость емкости равна омега*С. Отсюда емкость и получите.
2. Почти все диоды Ганна, которые выпускаются у нас в стране (про другие не знаю) работают в гибридном режиме. Если не ошибаюсь, то режим ОНОЗ наблюдал при малом напряжении питания (или то доменный был). Буду на работе посмотрю свои записи. Теоретически для расчета генератора Вам не важно в каком режиме будет работать диод. (только кроме пролетного - т.к. в этом случае частота колебаний определяется пролентой частотой и не зависит от параметров внешней цепи).
А с чем связано такое требование (режим ОНОЗ)?

Гибридный тоже подойдет, просто ОНОЗ выбран т.к. при нем высокий КПД получается.

DEM_ALEX, скажите пожалуйста, при расчете емкости омега - это мне надо брать частоту сигнала на которую рассчитываю генератор, или частоту которая в генераторе или что-то другое?
Если я использую волновод 23х5 то какая из схем более корректная (опуская ошибки):

Анод диода находится в углублении винта 14. Диод физически полностью не влезает и надо утопить либо анод, либо катод, но не знаю при какой конфигурации будет работать, а при какой - нет.

Я посчитал емкостную проводимость -8 401,0826
и по ней емкость (ω = 10*10^9), штырь погружен в волновод на 1/2b. Получилось -8,4010826 * 10^-7 Ф (-840108,26 пФ), почему значение выходит отрицательное, очень большое и вообще этот результат далек от адекватного?

Керамическая часть диода примерно 5 мм. т.е в промышленый волновод влезет, надо только заменить нижнее крепление диода на цангу, а емкость сделать коаксиальной L/2, тогда нижняя часть опустится. Опускание можно продолжить и получится класический КВП + коаксиальный генератор. У Давыдовой Н.С. такие конструкции представлены. Впрочем в Варианте 1, тоже можно обнизить конденсатор целиком (рассверлив и припаяв снизу пластину ), и вывести верний контакт диода на уровень волновода.


Как то так. Но без резонаторов Вы стабильности 10-6 не получите однозначно. Поэтому вместо закоротки следует подключить объемный резонатор (термостабильный), а частоту менять уже им, а не штырем в волноводе.

merkader, я во всём этом не разбираюсь, мне и с штырем сложно сделать "Поэтому вместо закоротки следует подключить объемный резонатор (термостабильный), а частоту менять уже им" это что?.
Спасибо за рисунок, уже свой начертил http://s019.radikal.ru/i600/1204/91/300ecf9a0a78.jpg, но ваш мне больше нравится, только при таком решении переходник на волновод 23х10 делать отдельно? или можно не делать?
Вы можете что-нибудь сказать насчет моих расчетов штыря? Я вроде всё проверил и значения подставлены верно, но похоже что результат далек от истины.

1. В волноводе 23х10 диод выдаст требуемую мощность.
2. Если надо все-таки 23х5, то примерно как на рисунке. Эскиз не в масштабе, но общий смысл такой: середину диода надо разместить примерно по середине волноводе. та часть, которая на рисунке сверху должно зажиматься в цанге (через нее осуществляется теплоотвод). Ко второму контакту диодный держатель прижимается гайкой. Обязательно надо сделать опорный конденсатор. Переход с 23х5 на 32х10 так делаеть нельзя. Нужно рассчитать ступенчатый или экспоненциальный переход. (Фельдштейн, Явич, Смирнов Справочник по элементам волноводной техники)
В принципе если диод будет погружен так, как Вы нарисовали тоже будет работать, но с расчетами будет сильно разниться.
3. Можно взять диод в другом корпусе.

Уже нарисовали.

Добавлю вот что: Не мучайтесь. Если этот генератор не основная часть диплома, что возьмите в канале 23х10.
Частоту колебаний можно определить из баланса фаз: (Bд+Вр+Вшт=0) все компоненты частотно зависимые и равенство выполнится но одной частоте, которая и будет частотой генерации.

DEM_ALEX, спосибо за рисунок, но боюсь для меня такой вариант не подойдет. Мне надо в дипломе отчитаться за каждый мм. Я мог бы и на глаз начертить, но боюсь без расчетов у меня такое не примут. Думаю для меня самый простой вариант взять 23х10 и останется только штырь рассчитать.

Посмотрите пожалуйста, значения правильно ли подобраны:
λ (длина волны)= 0,03
f (частота) = 10*10^9
λв (длина волны в волноводе) = 0,0522
a (стенка а) = 0,023
b (стенка б)= 0,005
r (радиус штыря) = 0,005
l (длина штыря) = 0,0025
k = 2π/λ= 209,43951
d (смещение штыря от узкой стенки волновода)= 0,0115
Когда подставляю в формулу, выходит ерунда: -8401,0826
https://www.google.ru/search?complete/searc...uGYKXgwedj5HkCQ
bc = ωC
C = bc/ω = -8,4010826 Ч 10^-7 Ф
https://www.google.ru/search?ie=UTF-8&h...024&bih=616

Надо сначала рассчитать колебательную систему без штыря. Это будет минимальная рабочая частота Вашего генераатора. При вкручивании штыря частота должна увеличиваться, поэтому берете максимальную частоту и на ней по известным проводимости диода, длинне резонатора определяете сначала проводимость штыря, а затем по ней его глубину погружения в резонатор. Проводимость емкости отрицательна, т.е. Вc = -ωC.
Вот Вам для примера два рисунка из статьи. Штырь вкручивался в узкую стенку резонатора. h - глубина погружения штыря.

А разве с увеличением емкости частота не должна уменьшаться? Ведь чем глубже я погружаю штырь, тем больше емкость.
Я емкость штыря(погруженного на 0,5b) складываю параллельно с емкостью Cг, и общая емкость увеличивается, что приводит к снижению частоты:

Если я не прав, то по какой тогда логике штырь работает?
Видимо я совсем не понимаю как всё это должно работать. Получается проводимость штыря прямо зависит от внешних факторов, но не от него самого?
Сопротивление диода 3...20 Ом, отсюда я нахожу проводимость, как обратную величину
Длина резонатора l=19мм
Я следовал совету из книги Уткин Г.М. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ
Там советуется брать длину резонатора чуть больше чем надо для получения сигнала большей частоты, а потом уже уменьшать его штырем, т.е. штырь уменьшает частоту.
, а почему в узкую?, везде ведь советуются вкручивать в широкую.