Детекторный СВЧ диод

Делаем простой детектор СВЧ-поля

Детекторный СВЧ диод

Вам интересно, в каком из ваших мобильных телефонов самый мощный передатчик, в нижней или верхней части вашего смартфона стоит передающая антенна, горизонтально расположена или вертикально, что больше излучает микроволновка или телефон?

Предлагаем вам сделать своими руками простенький детектор электромагнитного СВЧ-излучения. Этот детектор пригодится также в настройке и сравнении характеристик разных передатчиков и антенн, позволит определить в горизонтальной или вертикальной поляризации передается сигнал и т. д..

Итак, самое сложное — это найти СВЧ диод. Например, у меня завалялось несколько еще с советских времен.

Также подходящие диоды, как это ни странно, можно найти на контроллерах аккумуляторов для ноутбуков.

Для нашего детектора подойдут диоды ГД507А, Д405, Д403, КД521, КД522, КД5хх, Д18, Д20, BAT62, 1N5711 и другие.

Измеряя цифровым тестером в режиме диода, сопротивление данных диодов около 300 Ом.

Чтобы определить, какой из имеющихся диодов является сверхвысокочастотным, понадобится цифровой или стрелочный микроамперметр или вольтметр, проводок длиной около 10-18 см, смартфон или мобильный телефон в режиме разговора и собственно диоды.

Собираем все, как указано на фото. Можно параллельно щупам тестера (мультиметра) подключить конденсатор, но на практике работоспособность сохраняется и без конденсатора.

Можно проверить и ещё более простым способом, как на фото.

Если ваш тестер показал какие-то микроамперы или микровольты, значит, это диод СВЧ, и в ваших руках уже простенький индикатор электромагнитного поля.

Для более усовершенствованной конструкции нам понадобится: два СВЧ диода, парочку керамических SMD конденсаторов от 500 пФ до 0,5 мкФ, светодиод для грубой индикации, ферритовый сердечник с одним витком двойного провода и маленький кусочек фольгированного стеклотекстолита. Эти детали можно одолжить с нерабочих компьютерных (и не только) комплектующих. А вообще схемку можно намного упростить, при этом она не потеряет свою работоспособность. Из инструментов понадобиться паяльник, олово и т. д.

На стеклотекстолите рисуем, например, маркером дорожки, предварительно очистив и обезжирив, потом погружаем фольгированной стороной вниз в раствор хлорного железа (1 часть на 3 части воды, купить можно в ближайшем магазине радиодеталей) или травим в растворе перекиси водорода и лимонной кислоты (в 100 мл 3% раствора перекиси водорода, купленной в аптеке, добавить 30 г лимонной кислоты из любого продуктового магазина и чайную ложку поваренной соли, во время травления желательно подогреть раствор до 50 градусов, только помните, что перекись в открытом состоянии долго не хранится, поэтому нужно все делать быстро).

После травления моем плату в воде и в спирте от краски. Если остались мелкие участки, незатронутые раствором, удаляем их скальпелем или другим подходящим инструментом.

В результате у меня получилось три разных датчика.

Для точного измерения я пользуюсь микроамперметром, подключенным к датчику.

Для грубого измерения просто смотрим на впаянный светодиод.

Индикатор электромагнитного поля в работе

После припайки деталей нужно решить, на какую частоту настраивать датчик. Для этого с обоих сторон надо припаять отрезки провода определенной длины, например:

Частота — Длина штырей2,4 Ггц — 31 мм — Wi-Fi5,8 Ггц — 13 мм — Wi-Fi900 Мгц — 83 мм — GSM

1,8 Ггц — 42 мм — GSM

На практике датчик, настроенный на частоту 2,4 Ггц с длиной обоих штырей по 31 мм, работает и на 900 Мгц, только измеряемые значения меньше. Чем толще используется проволока для штырей, тем шире получится частотный диапазон детектора.

Вместо штырей можно напрямую припаять СВЧ кабель или нужный вам разъем, штекер для прямого подключения разных антенн, например, антенну с круговой поляризации, как на фото.

Ещё более проще можно сделать датчик из 1 вольтовой лампочки типа СМН-1,5-12-1, припаяв к её контактам штырьки соответствующей длины.

Такую лампочку можно взять из старых наручных часов с подсветкою. Из минусов — достать такую лампочку оказалось достаточно сложно, замеряет она излучаемую мощность грубо, к тому же от слабых излучений ниже 0.2-0.5 Ватт лампочка вообще не засветится.

При помощи датчика на диодах, собранному по вышеуказанному методу, можно замерять излучаемую мощность даже ниже 10 мВатт.

В ближайшем будущем будет опубликовано несколько интересных статей с применением этого индикатора.

Источник: https://gizmod.ru/2015/05/20/delaem-prostoj-detektor-svch-polya/

Свч диод — описание, проверка свч диода, детекторные диоды

Детекторный СВЧ диод

СВЧ диод обладает малой электрической стойкостью, поэтому при обращении с ним стоит соблюдать особую осторожность. Каждый диод должен находиться на хранении в закрытом металлическом патроне. Необходимо следить за тем, чтобы статическое электричество с тела или приборов не разряжалось через диод.

Сверхвысокочастотным (СВЧ) диодом называют диод-полупроводник рассчитанный на функционирование в СВЧ спектре.

Существует несколько классов СВЧ диодов:

  • Смесительный;
  • Детекторный;
  • Параметрический;
  • Переключательный;
  • Ограничительный;
  • Умножительный;
  • Настроечный;
  • Генераторный.

При помощи смесительных диодов можно преобразовывать СВЧ сигналы в сигналы с промежуточной частотой. Это возможно благодаря нелинейным ВА характеристикам, которыми обладает высоковольтный диод.

Использование переключательных диодов актуально для устройств коммутирующих СВЧ сигналы (устройства защиты, переключающие приборы и т.д.) .

Сфера применения параметрического  СВЧ диода — параметрический усилитель, который является разновидностью резонансного регенеративного усилителя. Усиливающее действие такого прибора связано с накачкой нелинейной ёмкости на диодном p-n переходе, что вызывает проявление динамического сопротивления с отрицательным значением.

Умножитель частоты подразумевает использование умножительного диода. Функция СВЧ диодов данного типа сходно с функциональным назначением умножительного варикапа.

А при помощи настроечного диода можно регулировать резонансную частоту в колебательных системах. По своим функциональным характеристикам он соответствует подстроечному варикапу.

Каждый из обозначенных классов в свою очередь имеет несколько подклассов, выявляемых согласно внутреннему строению СВЧ диода и его значимых для применения параметров. Зачастую получается так, что модели диодов из одного подкласса применяются в узлах различного функционального наполнения. Например, умножительный СВЧ диод может исправно работать в смесителе.

К числу самых распространённых видов СВЧ диодов относят:

  • Лавинно-пролётный (диоды Рида, Мисавы, Тагера и т.д.);
  • P-I-N диод;
  • Диод Ганна;
  • Точечно-контактный диод;
  • Диод Шоттки или Мотта.

Диоды второго вида интересны спецификой своего построения: две сильно легитированные области с высокой проводимостью (n+, p+) имеют между собой i-область (база активного характера), обладающую низким (сравнимым с собственным у полупроводниковых материалов) показателем по проводимости и более высокой жизнеспособностью носителей заряда. Это снижает размер ёмкости перехода и способствует повышению рабочей частоты диода.

Детекторные диоды

Одной из самых значимых разновидностей диодов являются диоды СВЧ детекторные.

Основным назначением детекторного диода является осуществление процесса выявления в модулированном напряжении низкочастотного сигнала, с опорой на который производят амплитудную модуляцию высокочастотных сигналов.

Роль детекторного диода выполняет преимущественно точечно-контактный диод или диод Шоттки. Самой значимой характеристикой данного элемента считают крутизну ВАХ в окрестности рабочей точки. Значение выходного напряжения детектора должно находиться в прямой зависимости от того, насколько мощный сигнал имеет СВЧ (квадрат входного напряжения).

Работа детекторного СВЧ диода преимущественно не предполагает, что рабочая точка будет смещаться. Но при фиксации слабого сигнала, будет уместно реализовать рабочую точку в зоне малого напряжения. Это возможно для СВЧ диодов прямосмещённого типа.

Определённое число детекторных диодов обладают характеристикой, приближённой к квадратичной. Как результат: с их помощью можно определить мощность СВЧ-колебаний.

Главными специальными характеристиками диодов детекторного типа считают:

  • Токовая чувствительность;
  • Чувствительность по напряжению;
  • Качественный коэффициент.

Когда на СВЧ диод подаётся модулированный высокочастотный сигнал, то плюсом к нему по диоду течёт ток.

Если выявить, как относится показатель приращения выпрямленного диодом тока к СВЧ мощности, явившейся условием полученного приращения, то полученный результат будет являться показателем чувствительности по току. Эта величина определяется, если нагрузка задана, а рабочий режим уже установился.

Значение чувствительности по напряжению у детекторного СВЧ диода вычисляется подобным образом. Только вместо значения приращения тока используются данные по приращению напряжения.

Зачастую эта характеристика определяется лишь у тех диодов, что применяются при детектировании сигналов импульсного типа.

Необходимо помнить, что при повышении температуры уровень чувствительности имеет тенденцию к снижению.

Есть ещё один значимый параметр для детекторных диодов — это тангенциальная чувствительность. Основное значение этого критерия — определение самой низкой границы воспринимаемого детектором сигнала.

Качественный коэффициент детекторного диода позволяет сразу оценить все базовые его параметры на предмет эффективности. Однако, вычисляется этот показатель по достаточно сложной формуле.

Как проверить СВЧ диод на исправность?

В случае, если СВЧ-печь выходит из строя, будет весьма кстати определиться с вероятной причиной поломки. Тем более, что часть неисправностей вполне можно ликвидировать самостоятельно, в домашних условиях.

Одна из самых часто встречающихся проблем — поломка высоковольтного диода.

Специфика конструкции высоковольтных диодов

По своей конструкции диод СВЧ печи представляет собой большое количество последовательных соединений, образующих в итоге единую форму. Данный элемент имеет в своём составе выпрямительные диоды.

Технологически они изготавливаются абсолютно одинаково, мало того, заключаются в общий корпус.

Сборка высоковольтного диода не подразумевает использования конденсаторов и резисторов, которые могли бы выровнять напряжение.

Как итог: диоду данного типа свойственна нелинейная вольт-амперная характеристика. Потому данные по сопротивлению у высоковольтных диодов напрямую зависят от того, напряжение какой величины было приложено.

Такой характер сборки делает анализ работоспособности СВЧ диода достаточно затруднительным.

Запомните!   Проверка СВЧ диода при помощи тестера — неосуществима. Никаких точных показаний, данных по прямому и обратному сопротивлению тестер не продемонстрирует.

Куда лучше будет применить мультиметр. При этом снимать показания по сопротивлению необходимо и для прямого, и для обратного направления.

Перед подключением мультиметра необходимо установить на нём режим R x 1000. В результате, когда «+» вывод прибора подсоединяется к аноду СВЧ диода, сопротивление будет измерено по прямому направлению. Отображённая на дисплее величина при этом будет конечной. Когда подключение осуществляется через катод («-» вывод), то значение будет бесконечным.

Как оценить состояние СВЧ диода?

Для оценки исправности диода в СВЧ-печи необходимо для начала выполнить следующие действия:

  • Отсоединить прибор от электрической сети;
  • Изъять высоковольтный диод из прибора (разъединив с электросхемой);
  • Включить изъятый диод в осветительную сеть.

Для лампочки накаливания этой сети желательна невысокая мощность — где-то 15 В при подключении на 220 В. Важно, чтобы лампочка светила вполовину слабее возможного и явно мерцала.

Если при подключении СВЧ диода в прямом и обратном направлении так и происходит, то всё в порядке. Если же после переворачивания диода характер свечения меняется, то это говорит о наличии «пробоя» и необходимости замены диодного элемента.

Другой способ, позволяющий проверить СВЧ диоды, потребует использования зарядного устройства от мобильных устройств или планшетов, которые стандартно обладают напряжением в 5 В. Помимо этого потребуется цешка.

После того, как всё необходимое подготовлено, можно приступать к проверке:

  • Изъятый из прибора СВЧ диод соединяется с цешкой;
  • На время произведения замеров цешка переключается на 10 В;
  • Производится анализ полученных данных.

Если диод исправен, то приборный указатель остановится на отметке в 0,25 В (для прямого направления), либо не даст вообще никаких показаний (для обратного направления).

В случае наличия неисправностей или «пробоев» показания будут отсутствовать для обоих направлений.

Если были выявлены неполадки в работе СВЧ диода, то его необходимо заменить

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта Электронщик, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Делитесь информацией в соцсетях, ставьте лайки, если вам понравилось — это поможет развитию канала

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5c615e3c9e391400ae5f8253/5d1b127281d95900acc19930

Военно-техническая подготовка

Детекторный СВЧ диод

В РПУ РЛС для генерации, модуляции и усиления колебаний нашли применение пролетные клистроны (прибор типа О).

а)                                                                                                   в)
Рис.1. Устройство (а) и принцип формирования групп электронов (в) двухрезонаторного пролетного клистрона

Катод К излучает электроны, которые под действием положительного напряжения на ускоряющем электроде У приобретают высокую скорость и, пройдя  сетки С1 и С2, двигаются в направлении анода А. Он находится под высоким положительным потенциалом Еа и играет роль коллектора.

Сетки С1 и С2 это стенки объемного резонатора Р1 , являющегося входным колебательным контуром клистрона. К нему подводятся усиливаемые колебания.

При отсутствии входного СВЧ сигнала в лампе имеется равномерный поток электронов, летящих со скоростью V.

Когда на сетке С2 будет положительное напряжение, а на сетке С1 — отрицательное, электроны, находящиеся между ними, получат ускорение +DV и далее будут двигаться со скоростью V + DV. Когда же на сетке С1 будет положительное напряжение, а на сетке С2 — отрицательное, электроны получат замедление -DV и в дальнейшем будут двигаться  со скоростью V — DV.

В междуэлектродном пространстве клистрона происходит образование групп электронов. Возникшие группы электронов (импульсы) отдают свою кинетическую энергию в цепи выходного колебательного контура Р2 .

Он помещается на участке наибольшей плотности групп электронов, которые, индуктируют в нем СВЧ сигнал, отдавая ему часть своей энергии, полученной от  анодного источника Еа.

Коэффициент усиления по мощности Кр двухрезонаторного пролетного клистрона не превышает значения 20 дб, а КПД — 50%.

Значение Кр повышается до 40-50 дб, а КПД до 60%, если использовать многорезонаторные схемы.

Рис. 2. Многорезонаторный клистрон.

На пути электронов, располагают еще несколько не связанных с нагрузкой резонаторов, чтобы электроны, пролетая через них, получали дополнительную скоростную модуляцию. В конце пространства дрейфа группировка электронов по плотности максимальна и импульсный электронный поток отдает большую энергию полю выходного резонатора.

Эксплуатационные характеристики клистронов

По роду работы клистроны подразделяют на импульсные и непрерывного действия. Импульсная работа обеспечивается подачей импульсов напряжения на резонаторы или управляющий электрод.

По уровню мощности выделяют маломощные, средней мощности и сверхмощные пролетные клистроны. Мощность в импульсе у маломощных импульсных клистронов менее 10 кВт, у клистронов средней мощности от

10 кВт — до 1МВт, у сверхмощных — более 100 МВт. Для клистронов непрерывного действия мощность соответственно меньше 10 Вт, от 10 Вт до 1 кВт, от 1 до 100 кВт.

Полоса пропускания пролетных клистронов в сантиметровом диапазоне длин волн составляет десятые доли процента от несущей частоты.

Значения питающих напряжений для работы клистронов составляют единицы-десятки киловольт.

В клистронах применяется фокусировка полем постоянных магнитов, однако значения коэффициента шума для клистрона достаточно велики (тысячи).

Для ввода и вывода СВЧ-энергии используют коаксиальные, волноводные и коаксиально-волноводные системы. Охлаждение клистронов, как правило, используется принудительное жидкостное.

Вывод: достоинствами пролетных клистронов следует признать высокие значения коэффициента усиления и КПД, недостатками – узкополосность и высокий коэффициент шума.

2.2.2. Магнетроны

В некогерентных РПУ используются генераторы СВЧ М типа – магнетроны . В них, в энергию СВЧ-поля непосредственно преобразуется потенциальная энергия электронов. Такое взаимодействие электронов и СВЧ-поля обеспечивается при использовании взаимно перпендикулярных (скрещенных) электрического и магнитного полей.

Рис. 1. Восьмирезонаторный магнетрон

Рис. 2. Принцип работы магнетрона

Колебательная система магнетрона образована рядом объемных резонаторов, выполненных в материале анода. Электроны эмитируются цилиндрическим катодом. Между катодом и анодом пространство взаимодействия. Резонаторы связаны с ним через щели, так что СВЧ-поле «провисает» в это пространство.

Энергия выводится с помощью витка связи, находящегося в одном из резонаторов. Вакуумная камера магнетрона помещена между полюсами магнита, направление магнитного поля совпадает с осью катода.

В пространстве взаимодействия электрическое и магнитное поля взаимно перпендикулярны. Электроны, находясь в пространстве взаимодействия, движутся по траекториям, напоминающим циклоиду, и образуют электронный поток, вращающийся вокруг катода.

Осуществляется модуляция скорости электронов и изменение траектории их движения. В результате чего вращающееся электронное «облачко» из кольцевого превращается в зубчатое. Число электронных «спиц» равно половине числа резонаторов.

Электронное «облачко» вращается с такой скоростью, что «спицы» проходят мимо щелей в тот момент, когда там существует тормозящее поле. Промежутки между «спицами», проходят через ускоряющие поля. Происходит отдача электронным «облачком» энергии резонаторам и потеря энергии на разогрев катода и анода от электронной бомбардировки. Вся эта энергия потребляется от анодного источника.

Эксплуатационные характеристики магнетрона

Выходная мощность магнетронов непрерывного действия составляет от долей ватта до нескольких десятков киловатт, а магнетронов импульсного действия — от 10 Вт до 10 МВт. Электронный КПД магнетронов может превышать 70%. Собственная добротность резонаторов порядка 1000.

Магнетрон характеризуется узкой полосой пропускания (единицы процента от несущей частоты).

Значения питающих напряжений для работы магнетрона составляют от единиц до десятков киловольт.

Магнетроны находят широкое применение в СВЧ-устройствах в качестве генераторов в ПРУ некогерентных систем.

Для ввода и вывода СВЧ-энергии используют коаксиальные, волноводные и коаксиально-волноводные системы.

Вывод: достоинствами магнетрона следует признать высокие значения КПД и выходной мощности, недостатками – узкополосность и невозможность генерации когерентных сигналов.

2.2.3. Амплитроны

Амплитрон является усилителем СВЧ, прибором М типа, применяемым в некогерентных РПУ. Схематически амплитрон имеет много общего с магнетроном.

Он имеет замедляющую систему в виде цепочки резонаторов, но в отличие от магнетрона эта цепочка разомкнута и в анодном блоке образованы вход и выход.

Чтобы устранить возможность самовозбуждения колебаний, в амплитроне делают обычно нечетное число резонаторов.

Так же, как и в магнетроне, возникает замкнутое вращающееся электронное «облачко», которое взаимодействует с движущейся навстречу электромагнитной волной. При передаче энергии электронов этой волне происходит усиление колебаний.

Рис. 7. Упрощенная схема амплитрона

Эксплуатационные характеристики амплитрона

КПД амплитронов не менее 55%, а в мощных и сверхмощных приборах достигает 85%.

В непрерывном режиме амплитроны дают выходную мощность до 500 кВт, а в импульсном — 10 МВт и даже больше.

Коэффициент усиления — десятки. Относительная ширина полосы частот 5 — 10%.

Анодное напряжение — единицы или десятки киловольт, а ток анода — десятки ампер.

Вывод : достоинствами амплитрона следует признать высокие значения КПД и выходной мощности, достаточно широкую полосу частот, недостатками – малое значение коэффициента усиления, необходимость формирования высоких уровней входных сигналов.

2.2.4. Лампы бегущей и обратной волны

Для усиления СВЧ колебаний в РПрУ используются лампы бегущей и обратной волны (ЛБВ и ЛОВ) (О тип). Они используют длительное взаимодействие электронов и СВЧ-поля, что позволяет получить необходимое группирование электронов при сравнительно слабом входном сигнале. Рассмотрим усилители СВЧ на примере ЛБВ.

В приборах с бегущей волной применяют специальные линии передачи – замедляющие системы, для понижения фазовой скорости волны до величины сравнимой со скоростью электронного потока, что значительно меньшей скорости света.

Рис. 1. Лампа бегущей волны

Электронная пушка (катод) обеспечивает формирование, необходимую начальную фокусировку электронного пучка и регулировку его тока.

Трубка с «антеннкой» является элементом связи замедляющей системы (спирали) с входным волноводом. Такая же «антеннка» используется для связи с выходным волноводом.

Электронный поток проходит внутри спирали, взаимодействует с ее СВЧ-полем и затем попадает на коллектор, который имеет форму стакана или конуса.

Фокусирующая система (соленоид) обеспечивает фокусировку электронного пучка на всей длине прибора.

Замедляющая система обеспечивает и модуляцию электронного потока по плотности, и передачу кинетической энергии электронов от промодулированного потока выходному сигналу.

Отличия ЛОВ от ЛБВ обусловлены использованием не прямой, а обратной пространственной гармоники ЭМВ. За счет этого взаимодействие электронного потока и ЭМВ происходит не на попутных, а на встречных курсах.

Рис. 2. Лампа обратной волны

Эксплуатационные характеристики ЛБВ (ЛОВ).

По величине выходной мощности ЛБВ (ЛОВ) подразделяются на приборы малой мощности (доли милливатта — 1 Вт), средней мощности (1-100 Вт), большой мощности (более 100 Вт) и сверхмощные (более 100 кВт).

По режиму работы различают приборы непрерывного и импульсного действия.

ЛБВ со спиральной замедляющей системой характеризуется широкой полосой пропускания (до 100% от несущей частоты) и относительно малой выходной мощностью, ЛОВ при аналогичной выходной мощности имеет узкую полосу пропускания (десятые доли процента от несущей частоты).

Значения питающих напряжений для работы ЛБВ (ЛОВ) составляют единицы киловольт.

Значения коэффициента шума для ЛБВ (ЛОВ) невелики, в малошумящих (входных) приборах Kш=2,5-20 (или 4-13 дБ). В более мощных Kш=20-1000 (13-30 дБ).

Для ввода и вывода СВЧ-энергии используют коаксиальные, волноводные и коаксиально-волноводные системы. Принудительное охлаждение ЛБВ как правило не используется.

Вывод: достоинствами приборов следует признать низкий коэффициент шума и возможность выбрать требуемую полосу пропускания (в широкополосные схемы — ЛБВ, в узкополосные — ЛОВ), недостатками – относительно невысокие значения коэффициента усиления и КПД.

2.2.5. Диоды СВЧ

Сверхвысокочастотными называют полупроводниковые диоды, используемые для преобразования, детектирования, усиления, умножения, генерирования и управления уровнем мощности сигналов сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн ( f > 1 ГГц).

Фото. СВЧ диоды и свинцовая капсула для их хранения.

Для удобства включения в соответствующие элементы цепей СВЧ (например, волноводы, коаксиальные линии, резонаторы) смесительные диоды помещают в герметичные металлокерамические корпуса различной конструкции.

Диод в корпусе, изображенном на рисунке 1 а, используется в сантиметровом диапазоне длин волн до частот порядка 12 ГГц.

Рис. 1. Конструкции смесительных диодов: а, б — корпусная; в, г, д, е — бескорпусная; ж — бескорпусная типа “кроватка”

Коаксиальная конструкция диода (рисунок 1 ,б) получила распространение в системах СВЧ короткого сантиметрового диапазона до частот порядка 30 ГГц.

Основные характеристики СВЧ диодов

1) Потери преобразования диода L . Они характеризуют уменьшение мощности сигнала СВЧ ( P c ) при его преобразовании в сигнал ПЧ ( P пч) и равны отношению номинальных мощностей этих сигналов.

2) Относительная шумовая температура t ш и Коэффициент шума. Они характеризует избыточные шумы, вносимые диодом на ПЧ по сравнению с шумами обычного резистора в той же полосе частот.

3 Выходное сопротивление R вых имеет важное значение для согласования диода с УПЧ. При разработке диодов принимают меры к тому, чтобы R вых было близко к типовому значению входного сопротивления усилителя. Однако полного соответствия получить не удаётся.

4) Входное сопротивление диода также имеет существенное значение, так как неправильное согласование входа смесителя с входным трактом может привести к значительному отражению мощности принятого сигнала.

5) Выпрямленный ток I 0 есть результат детектирования колебаний гетеродина и определяется ВАХ диода.

6) Электрическая прочность диодов в области отрицательных напряжений характеризуется нормированным обратным напряжением U норм.обр , при котором обратный ток достигает определённого значения, например I обр = 10 мкА.

Для германиевого диода U норм.обр ≈ 3 … 4 В.

7) Электрическую прочность диода характеризуют мощности P непдоп , P ндоп и энергия W п доп. При превышении этих уровней мощности может произойти необратимое ухудшение параметров диода или полное выгорание его выпрямляющего контакта.

8) Быстродействие . Инерционность электрических процессов в диоде определяется постоянной времени t = r б C бар и инерционностью неосновных носителей, определяющих диффузионную ёмкость р–n -перехода при протекании прямого тока.

Поэтому для повышения частотного предела работы используют переходы с малыми поперечными размерами — точечные, барьерная ёмкость которых не превышает десятых долей пикофарад, либо диоды с барьером Шоттки, у которых практически отсутствует диффузионная ёмкость.

2.2.6. Смесители СВЧ

Смеситель СВЧ это устройство, выполненное на волноводной, коаксиальной или микрополосковой линии передачи с одним или несколькими смесительными диодами, осуществляющее преобразование частоты.

Смесители отличаются от детекторов наличием еще одного входа для подключения гетеродина. Смеситель совместно с гетеродином входит в состав преобразователя. Преобразование частоты широко используется в супергетеродинных приёмниках для получения промежуточной частоты.

Общие требования, предъявляемые к смесителям, следующие: минимальный коэффициент шума Кш и потери преобразования L ; равномерность АЧХ и линейность ФЧХ; минимальный уровень мощности гетеродина; максимальная развязка трактов гетеродина и сигнала СВЧ; максимальное подавление нежелательных продуктов преобразования; надёжность работы; малые габаритные размеры и масса.

Различают небалансные, балансные, двойные балансные и кольцевые схемы смесителей.

Рассмотрим для примера волноводный небалансный смеситель.

Рис. 1. Структура продольного сечения волноводного небалансного смесителя

Смесительная секция 1 с диодом 2 и коаксиальным выводом постоянного тока и промежуточной частоты (ПЧ) 3 соединена с направленным ответвителем (НО) 4. В основную линию НО подаётся принимаемый сигнал P c , во вспомогательную линию — мощность гетеродина P г .

Этим обеспечивается развязка цепей сигнала и гетеродина. Большая часть мощности гетеродина поглощается в согласованной нагрузке 5. В этом заключается один из недостатков небалансного смесителя. Четвертьволновый фильтр 6 обеспечивает развязку цепей ПЧ и СВЧ.

Мощность гетеродина поступает в основную линию через отверстие связи 7.

Главным недостатком небалансного смесителя является преобразование амплитудных шумов гетеродина на ПЧ.

Этого недостатка лишены балансные смесители, в нагрузке которых шумовые токи гетеродина от двух диодов взаимно компенсируются, а полезные сигналы – складываются.

Рис. 2. Структура балансного смесителя

2.2.7. Детекторы СВЧ

Детектором называют устройство, предназначенное для детектирования колебаний, т. е. выделения закона их модуляции.

Детекторы СВЧ используют в устройствах контроля или автоматического регулировании уровня мощности и частоты, контроля формы сигналов, а также в детекторных (или прямого усиления) приемниках.

Детектирование осуществляется благодаря нелинейности вольтамперной характеристики (ВАХ) электронного прибора, в качестве которого чаще всего применяют СВЧ диоды.

К детекторам предъявляют следующие требования:

— высокой чувствительности, которая в основном определяется чувствительностью диода по току;

— хорошего согласования по входу в рабочей полосе частот, которая может составлять десятки процентов для полноводной конструкции и более октавы при коаксиальном или полосковом исполнении;

— малого уровня собственных шумов при их использовании для детектирования слабых сигналов;

— конструкция детектора должна быть надежной и удобной в эксплуатации, иметь малые габариты и массу.

Детектор состоит из устройства связи с СВЧ трактом (согласующего устройства), детекторного полупроводникового диода, фильтра нижних частот и устройства вывода сигнала на постоянном токе и НЧ (в случае модулированного сигнала).

Для повышения избирательности и чувствительности детектора диод может быть помещен в резонатор — диодную камеру, играющую роль входного фильтра и являющуюся конструктивной базой для крепления остальных элементов детектора. Обычно СВЧ детектор называют детекторной головкой , или детекторной секцией.

Рис. СВЧ детектор.

Пример конструкции перестраиваемой волноводной детекторной головки. Здесь диод 1 помещен в камеру 2, перестраиваемую бесконтактным поршнем 3 длиной l/4.Поршень и согласующие винты 4 ограничивают объем резонансной камеры.

Расстояние между согласующими винтами выбрано l /8, что обеспечивает согласование различных проводимостей диодов при их смене без изменения расстояния между диодом и винтами.

Диод имеет индуктивную связь с камерой; петля связи образуется диодом и стержнем 5 выходного разъема 6.

Источник: http://zrv.ivo.unn.ru/pages/vtp/2/2-2-pribory-svch.htm

Сверхвысокочастотные детекторные диоды для детектирования сигналов СВЧ диапазона, технические характеристики, параметры

Детекторный СВЧ диод

Диоды кремниевые, точечные, детекторные.

Предназначены для детектирования сигналов на длинах волн 10см (ДК-И1М) и 3см (ДК-И2М). Выпускаются в металлокерамическом корпусе с жесткими выводами. Тип диода приводится на корпусе. Масса диода не более 2.5гр.

Тип корпуса приведен на рисунке 1.

Некоторые электрические параметры:

Чувствительность по току при Рпд=0,02 мВт и Rпосл=1кОм, не менее:

ДК-И1М при λ=9,8см 0,5 А/Вт

ДК-И2М при λ=3,2см 0,2 А/Вт

Выпрямленный ток при Рпд=0,5 мВт и λ=9,8см для ДК-И1М; Рпд=1 мВт и λ=3,2см для ДК-И2М не менее 0.4мА.

Где: Рпд – падающая на диод СВЧ мощность.

Rпосл – сопротивление резистора включённого последовательно с диодом.

Предельные эксплуатационные данные:

Импульсная рассеиваемая мощность 200 мВт

Температура окружающей среды -60..+100С

При кратковременном воздействии (не более 20 мин) +125С

Д603

Диод кремниевый, точечный, детекторный.

Предназначен для детектирования сигналов в диапазоне длин волн 6..60см. Выпускается в металлокерамическом корпусе с жесткими выводами. Тип диода и схема соединения электродов с выводами приводятся на корпусе. Масса диода не более 3гр. Тип корпуса приведён на рисунке 1.

Д604

Диод кремниевый, точечный, детекторный.

Предназначен для детектирования сигналов в диапазоне длин волн 2,7..4см. Выпускается в металлокерамическом корпусе с жесткими выводами. Тип диода и схема соединения электродов с выводами приводятся на корпусе. Масса диода не более 3гр.

Тип корпуса приведён на рисунке 1.

Д605

Диод кремниевый, точечный, детекторный.

Предназначен для детектирования импульсных амплитудно-модулированных сигналов, индикации импульсной мощности в диапазоне волн 3,2..10см. Выпускается в металлокерамическом корпусе с жесткими выводами. Тип диода и схема соединения электродов с выводами приводятся на корпусе. Масса диода не более 3,5гр.

Тип корпуса приведён на рисунке 1.

2А201А

Диод кремниевый, точечный, детекторный.

Предназначен для детектирования сигналов в диапазоне длин волн 8..60см. Выпускается в металлостеклянном корпусе. Тип диода приводится на этикетке. Маркируется красной точкой у положительного вывода. Масса диода не более 0,15гр.

Тип корпуса приведён на рисунке 2.

2А202А

Диод кремниевый, точечный, детекторный.

Предназначен для детектирования сигналов в диапазоне длин волн 3..8см.

Выпускается в металлостеклянном корпусе. Тип диода приводится на этикетке. Маркируется двумя красными точками у положительного вывода.  Масса диода не более 0,15гр.

Тип корпуса приведён на рисунке 2.

2А203А, 2А203Б

Диоды кремниевые, микросплавные, детекторные.

Предназначены для детектирования сигналов на длине волны 2см. Выпускаются в металлокерамическом корпусе с жесткими выводами. Тип диода приводится на этикетке. Маркируются условным кодом: цифрой 4-2А203А, цифрой 5-2А203Б.

Тип корпуса приводится на рисунке 3.

3.4. Диоды СВЧ-диапазона

Детекторный СВЧ диод

Диоды СВЧ-диапазона длин волн появились в период разви­тия радиолокационной техники и освоения диапазона коротких волн. К диапазону СВЧ обычно относят область частот от 300 МГц до 300 ГГц, т.е. дециметровые, сантиметровые и миллиметровые длины волн.

Современные СВЧ-диоды изготавливают на основе структур с р-п-переходом, с переходом металл-полупроводник (диоды Шотки), со структурой типа р-i-п.

Выпрямляющий переход мо­жет быть как точечным, так и плоскостным, полученным методом диффузии, эпитаксии, ионного легирования или микросплавления.

Широкое применение в технике высоких и сверхвысоких частот находят диоды Шотки, выпрямительные свойства которых опре­деляются переходом металл – полупроводник.

Особен­ностями диодов Шотки является следующее:

· ток переносится основны­ми носителями заряда, и отсутствует инжекция неосновных носи­телей заряда;

· отсутствует диффузионная емкость, связанная с процессами накопления и рассасывания неосновных носителей заряда, что существенно повышает быстродействие диодов при переключении тока;

· прямое падение напряжения меньше, чем в обычных диодах с р-п-переходом.

Типичными для диодов Шотки являются прямые напряжения 0,4 – 0,5 В, что примерно на 0,2 В меньше, чем у кремниевых р-п-переходов.

Диоды Шотки обла­дают почти идеальной прямой ветвью ВАХ, которая соответствует выражению (1.15) в очень широком диапазоне токов.

Об­ратные токи диодов Шотки близки к реальным обратным токам кремниевых р-п-переходов и определяются термогенерацией но­сителей заряда в запирающем слое.

Для получения качественных барьеров Шотки используется вакуумное напыление металлов (молибдена, золота, алюминия и др.) на тщательно очищенную по­верхность высокоомного кремния. Перечисленные преимущества диодов Шотки делают их весьма перспективными для применения в импульсных устройствах и устройствах СВЧ.

Статические характеристики СВЧ-диодов практически не от­личаются от характеристик обычных диодов. Для обратной ветви характерно низкое напряжение пробоя.

По назначению и области применения СВЧ-диоды можно раз­делить на следующие типы: детекторные, переключательные, сме­сительные, умножительные, модуляторные, ограничительные и ре­гулируемые резистивные.

Детекторные СВЧ-диоды предназначены для детектирования сигнала, т.е. выпрямления радиоимпульсов СВЧ колебаний. По­лезный эффект детектирования определяется чувствительностью по току или напряжению.

Чувствительность по току – это отно­шение выпрямленного тока короткого замыкания к поданной на диод СВЧ мощности.

Чувствительность по напряжению – отно­шение приращения напряжения на выходе диода к вызвавшей это приращение мощности СВЧ-сигнала, подводимой ко входу диод­ной камеры с детекторным диодом в рабочем режиме.

Переключательные диоды, предназначаются для применения в устройствах управления уровнем СВЧ-мощности. Наибольшее распространение получили переключательные диоды с плоскост­ным р-п-переходом, полученным диффузией.

Разновидностью переключательных дио­дов являются ограничительные полупроводниковые диоды с ла­винным пробоем, предназначенные для ограничения импульсов напряжения, в которых используется зависимость сопротивления переменному току диода от СВЧ-мощности.

Переключательные диоды с р-i-n-структурой называют регулируемыми ре

зистивными диодами. Их изготавливают из кремния. Малые емкость и индуктивность р-i-n-структуры при таком включении обеспечи­вают широкую полосу рабочих частот.

Скорость переключения СВЧ-каналов с помощью переключа­тельного диода определяется временем выключения диода, т.е. вре­менем, за которое напряжение на диоде при переключении из от­крытого состояния в закрытое нарастает от 0,2 до 0,8 максималь­ного напряжения. Время выключения определяется процессами накопления и рассасывания носителей заряда.

Смесительным называют полупроводниковый диод, предназна­ченный для преобразования высокочастотных сигналов в сигнал промежуточной частоты.

Это преобразование используют в особо чувствительных радиолокационных приемниках, где высокочастот­ный сигнал и напряжение гетеродина с помощью смесительного диода преобразуют до сигнал
а более низкой, так называемой промежуточной частоты, что облегчает задачу детектирования огибающей сигнала.

Основными параметрами смесительных диодов являются:

· по­тери преобразования (L);

· коэффициент шума ();

· выпрямленный ток () при заданном уровне мощности.

Потери преобразования, выраженные в децибелах, равны:

,

где  – мощность СВЧ-сигнала, подаваемого на смеситель; – мощность сигна­ла промежуточной частоты.

Значение выпрямленного тока определяет выпрямляющие свой­ства СВЧ-диода на рабочей частоте и характеризует потери пре­образования. Чем больше , тем меньше потери преобразо­вания.

Умножительные диоды предназначены для умножения часто­ты, амодуляторныедля модуляции амплитуды переменного тока.

Отличительной особенностью СВЧ-диодов является их кон­структивное оформление. Корпус диода СВЧ-диапазона проекти­руется таким образом, чтобы он имел минимальные собственную емкость и индуктивность, обеспечивал надежное крепление прибо­ра (рис. 3.6).

Корпус патронного типа, металлокерамический (рис. 3.6, а) или металлостеклянный, используется в длинноволновом участке СВЧ-диапазона.

Основными узлами этой конструкции являются керамическая втулка с резьбой 3 и соединяемые с ней резьбовая втулка 1 и иглодержатель 6.

Контактная пружинка 5 с заостренным концом изготовлена из вольфрамовой проволоки. Полупроводниковый кристалл 4 напаян на кристаллодержатель 2.

В коротковолновой части СВЧ-диапазона используют другие конструкции. Для конструкции коаксиального типа харак­терно отсутствие выступающих деталей корпуса.

Для сборки и настройки прибора в баллон ввинчивается резьбовой кристаллодержатель с полупроводнико­вым кристаллом.

В конструкции волноводного типа кристалл по­лупроводника и контактную пружину монтируют непосредственно в отрезке волновода.

Источник: https://electrono.ru/3-4-diody-svch-diapazona-tverdolob_electr

Диоды СВЧ смесительные и детекторные с барьером Шоттки

Детекторный СВЧ диод

Отличительные особенности:– низкий уровень шума,– высокая воспроизводимость вольтамперной характеристики,– высокая надежность,– возможность применения пайки при монтаже диода,– идеальный преобразователь для супергетеродинных приемников СВЧ диапазона, способных обеспечить чувствительность к полезному сигналу на уровне реликтового сигнала космического излучения.

Тип диода Тип корпуса Масса, г, не более
3А121А, АР, АА121А КД-124 0,06
3А123А, Б, АА123А, Б КД-122 0,01
3А129А, Б, АА129А, Б КД-122А 0,002
3А133А, Б КД-122Б 0,0015
3А136А, Б КД-122Б 0,0015
3А141А КД-122Б 0,0015

По заказу потребителя возможна поставка изделий с индексом «ОСМ».

Электрические параметры и характеристики при Т = (25 ± 10) °С

Условные обозначения:

– максимальная рабочая частота, ГГц
Lпрδ – потери преобразования, дБ, не более
Fнорм – нормированный коэффициент шума, дБ, не более
rвых – выходное сопротивление, Ом
βI – чувствительность по току, А/Вт
Iвп – выпрямленный ток, мА
Uпр – постоянное прямое напряжение при прямом токе 10 мА, В
Uобр – обратное напряжение при обратном токе 10 мкА, В
Тип диода fр Lпрδ* Fнорм*rвых* βI Iвп* Uпр Uобр тип макс тип макс тип тип тип мин
АА121А, 3А121АР*** 40 5,6 8,0 7,2 9,0 200 — 600 0,77 0,9 10
АА123А 80 4,8 5,5 6,2 7,0 180 — 600 1,4 1,2 0,9 6
АА123Б 80 5,0 6,0 6,4 7,5 180 — 600 1,4 1,2 0,9 6
АА129А 120 5,4 6,5 7,4 8,5 180 — 700 2,2< 1,78 0,9 5
АА129Б 120 6,0 7,5 7,8 9,5 180 — 700 3,4 1,78 0,9 5
3А133А 180 7,0 7,5 9,0 9,5 100 — 700 2,0 1,8 0,9 5
3А133Б 180 7,7 8,5 10,0 10,5 100 — 700 2,0 1,6 0,9 5
3А136А 150 4,0 5,5 6,0 7,5 200 — 600 3,0 1,35 0,9 5
3А136Б 150 3,75 5,0 5,6 6,5 200 — 600 3,0 1,35 0,9 5
3А141А 178,8 6,0 7,5 8,5 9,5 130 — 500 2,8 2,5 0,7** 6,4

* Параметры нормированы на длине волны 8 мм при СВЧ мощности 2 мВт и сопротивлении нагрузки по постоянному току 100 Ом, для диодов АА129 – на длине волны 3,16 мм при СВЧ мощности 3,5 мВт, для диодов 3А133, 3А141 – на длине волны 2,14 мм при СВЧ мощности 5,0 мВт.

** Iпр = 1 мА.

*** Разброс параметров для диодов парных 3А121АР: ΔLпрδ = ± 0,8 дБ, ΔIвп = ± 0,1 мА, Δrвых = ± 50 Ом

Изделия АА121А и 3А121А, АА123Б и 3А123 и т.д. имеют идентичные электрические характеристики и условия измерения этих характеристик.

Технические требования

Максимальная температура диодов при эксплуатации не более +85 °С, для диодов 3А136 и 3А141 не более +125 °С. Минимальная температура диодов при эксплуатации — минус 60 °С.

Допускаются изменения температуры среды от минус 60 до +85 °С, для диодов 3А121 от минус 60 до +100 °С, для диодов 3А136, 3А141 от минус 60 до +125 °С.

Чертежи и схемы

Источник: https://www.niipp.ru/catalog/detail.php?ID=227

Biz-books
Добавить комментарий