Анализ теплового режима лавиннопролетных диодов в генераторах миллиметрового диапазона длин волн работающих в импульсном режиме

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Техмка ma npucmpoiНВЧдиапазону. Антенна техшка
сканування АР i3 елементш В1вальд1 слабо залежить в1д частоти i при-близно дор! внюе 45° в усьому доапазош частот. Спостер1гаеться лгшйна залежшсть зшщення ДС вщ зсуву фаз м1ж елементами. На рис. 7 показана ДС 5-елементно1 ФАР на частой 11 ГГц при зсув! фаз м1ж елементами 90°. Саме при зсув1 фаз 90° спостер1гаеться максимальне вщхилення ДС. При подалыиому збЬшненш зсуву фаз м1ж елементами АР пщвищуеться р1вень б1чних пелюсток. Рис. 7.
Висновки
В результат! проведених досл! джень антени В1вальд1. АР i ФАР на и основ! показана можливють побудови широкосмугових ФАР (з частотним перекриттям 3: 1) 1з широким кутом сканування (45°). Досягнул параметри не е гранично можливими, вони можуть бути покращекш за рахунок опти-м1заци узгодження збуджувально! MCJI з антеною та розкриву антени з Bi-лъним простором. 3 метою збшынення перекриття по д! апазону частот по-далыш дослщження слщ зосередити на облает! нижн! х частот.
Ллтерагури
1. Parameter Study and Design of Wide-Band Wide-scan Dual-Polarized Tapered Slot Antenna Arrays. IEEE Transaction on Antennas and Propagation, 2000-
2. Manual for CST Microwave Studio. _
Ключо1И слова: антена, антенна решшеа, антенна Е& amp-вальдо
Цубровка Ф. Ф., Сушко А. Ю. Анализ антенны Вивальди и малоэлементных антенных решеток на их основе Представлены результаты исследования характеристик согласования и излучения антенны Вивальди и малоэлементных фазировашшых антенних решеток на их основании. Dubrovka F.F., Sushko F.J. Analysis Vivaldi'-s antenna and of a small elements antenna array on their base Results of investigation of radiation and matching characteristics of the Vivaldi antenna and a few-element phased array antenna based on it are presented.
УДК 621. 382
АНАЛ13 ТЕПЛОВОГО РЕЖИМУ ЛАВИННО-ПРОШТНИХ ДЮД1 В В ГЕНЕРАТОРАХ МШМЕТРОВОГО ДТАПАЗОНУ ДОВЖИН ХВИЛЬ ЩО ГТРАЦЮЮТЬ В1МПУЛЬСНОМУ РЕЖИМ
Гуцул А, В., Зоренко О. В.
Розглянуто вплив конструктивных особливостей генератора та режиму живлення на тепловий режим активног облает?& quot- дюда. Показано, що при задашй вхгднт потуж-ностг визначалъними факторами е тривалгеть гмпульсу струму живлення дюда та теплоег параметри шар1 В, найближчих до активно/ область
Вступ. Постановка задач1
Генератори на кремшевих лавинно-прол1тних дюдах (ЛДД), що пра-
76 Вкник Нащонального техшчного утверситету Украти & quot-КП1"-
Сергя — Радютехтка. Радюапаратобудування. -2008. -№ 36
Техшка та пристрогНВЧЫапазону. Антенна техтка
цюють в шпульсному режимг е на сьогодн! найпотужшшими твердотшь-ними джерелами коливань в ддапазон! частот 20… 300 ГГц. Вони мають маш габарита, надшш, придатш до сершного випуску. Одним з основних факторов, що обмежус. максимальну потужшсть ЛИД е перегрев активно!'- облает! дюда, 1 як наслщок — незворотшй тепловий пробш р-п переходу. В робот! [1] показано, що кожш 10° деревшцення температури над 200 °C зменшують середнш час безв! дмовноТ роботи дюда на порядок. При температур! вище 300 °C вщмови набувають випадкового характеру, оскшыеи одночасно включаеться к! лька мехашзмгв деградаци. Дослщження теплового режиму, методик вим! рговання температури активного шару, побудо-ва математичних моделей для розрахунку теплового режиму е актуальною задачею при розробщ та конструюванн! генератор1 В на Л11Д.
В! дом! методи розрахунку теплово!'- характеристики ЛПД [2] довод! складн!, гром! здк!, а дослщжуваш в них модел! не завжди в! дпов!дають ре-альним структурам д! од!в, що ускладнюе хх використання при розрахунках! мпульсних ЛПД. Кр! м того, в методах обчислення нестационарного теплового режиму ЛПД [3,4,5], як правило, немае можливост! для визначення максимально! температури активно! облает! залежно в! д режиму импульсного живлення (тривалост! 1мпульсу та шпаруватост!) та геометричних розм! р!в мезаструктур ! особливостей конструкцп генератора [6,7].
Чисельн! методи з використаниям можливостей сучасних комп'-ютер!в дозволяють обчислити теплове поле в модел!, яка з високою точшетю вщ-пов!дае реальшй конструкцп генератора. Метою дано! роботи € побудова тако! модел! та обчислення теплового режиму активно! обласу! д! ода з и використанням.
Модель генератора та вншдш даш для моделювання
Моделювання теплових процес! в проводилось для генератора 8-м!л!метрового д! апазону, модель якого зображена на рис. 1. Вона складаеться з ге-нераторно! камери 1, д! ода, який позицхонуеться в камер! за допомогою стакану 3 ! закршлюеться гайкою 5. До дюду належать основа 4, меза-структура 6, д! електрична втулка 7, виводи д! ода 8 та кришка9. Живлення подаеться на дюд через штир 2. Вихудний сигнал передаеться в наступи! каскади по прямокутному хвилеводу перер! зом 7,2×1 мм. В генератор! застосовуеться спещально розроблена мезаструктура.
Для анал! зу було обрано 2 режими живлення? мпульсним струмом. В обох режимах потужшсть X.
в шпульс! — 780 Вт, тривалють одного шпульсу — & quot-"-… "-V V& quot-
300 не. Перший режим — меандр з! пшаруват! стю Рис. 1
Шсник Национального техшчного ушверситету Украши & quot-КП1"- СерЫ — РадштехнЫа. Радюапаратобудування. -2008. -М36
ТехнЫа та npucmpoiНВЧЫапазону. Антенна техшка
1000, другий — !мпульсно-пачковий, шпаруватють в пачц! з 10 1мпуль& lt-лв — 500, пауза м! ж пачками — 18 мс.
Принцип моделювання
Теплове моделювання дюда проводилось в середовищ! ePhysics [8]. Для представления теплового поля у структур! великого розм! ру та неоднорщно! форми весь об'-ект розбиваеться на велику кшыасть тетраедр1в — шдструктур пирамидально!'- форми (рис. 2). Поле в кожному елемент! предста-вляеться окремим полшомом. Цей наб! р тетраедр1 В на-зиваеться сггкою сюнченних елеменпв, або простиле — сггкою. С1тка автоматично генеруеться для модел! перед Рис. 2 обчисленням пол! в у нш. Для отримання точного опису поля система шд-бирае розм1р кожного елемента так, щоб вш був достатньо малий i поле всередин! нього можна було однозначно отримати штерполящею з вузло-вих точок. Розв'-язувач температурно!& quot- задач! (стащонарно!* чи нестационарно!) 36epirae значения температури в кожнш вершин! та середн! й точц! ко-жно'-1 гран! Температура всередин! кожного тетраедра знаходиться штерполящею з цих вузлових точок з використанням функц!!'- апроксимацп полшомом другого порядку.
Для побудови оптимально!& quot- с! тки ePhysics використовуе! терацшний процес в якому ciTKa автоматично вдосконалюеться в критичних областях. Спочатку генеруеться розв'-язок для грубо!& quot- початково!& quot- с! тки. П! сля дього система вдосконалюе сшсу в областях з великою щшьшстю похибки та знаходить новий розв'-язок. Коли обран! параметри точност! досягають за-даних значень, система закшчуе адаптивний цикл. Алгоритм знаходження температурного поля базуеться на розв'-язку р! внянь теплопередач! для кожного елемента с! тки.
Результата розрахунку
На рис. 3 наведена залежшсть перегршу активно!& quot- облает! в! дносно по-верхн1 камери вщ часу при нагрш д! ода за тривалють! мпульсу та при його охолодженш п! сля зак! нчення ?мпульсу. Як видно з графку, neperpi? дюда при тривалост! !мпульсу 300 нс досягае 420 °C, При температур! навколишнього середовища 50 °C та р1знщею температур м1ж пов! трям та по-верхнею камери 20 °C, що в! дпо-в!дае вим! ряним значениям. В результата температура активно!& quot- облает! наближаеться до 500 °C, що призводить до незворотнього лавинно-теплового пробою. При заданш потужност! в! мпульс! його тривал! сть ба-
78 Вкник На що нал иного техшчногоуниверситету Украти & quot-КП1"-
Серш — РадютехнЫа, Радюапаратобудування. -2008. ~М36
«и — х…-… ]
350 ¦
300 —
250 —
200 —
150-
100 -500 — 1-HCl
0 200 400 600 800 10(Х
Рис. 3.
Техшка ma npucmpo'-iНВЧ дгапазону. Антенна техшка
жано зменшити до 100 не. Теплове поле в дюд! в кшщ 1мпульсу струму живлення зображене на рис. 4. Як видно, за час ди? мпульсу воно поширю-еться в генераторнш камер1 на вэдетань, що пор1вняна з товщиною активно!'- областа дюда i значно менша за розшри камери.
Розрахунки показали, що за час встановлення режиму додатковий на-rpiB активно!'- обласп, обумовлений постш-ною складового поту-жност1 на дюд1 при параметрах струму живлення наведених вище складе 6 °C при живленш меандром i 7 °C в? мпульсно-пачковому режиш, що на два порядки менше neperpIBy за час ди шпульсу Проведет досль дження також показали, що покращення теплових параметр1 В матер1ал1 В камери та стакану в 4 рази разом з виключенням bcIx sasopi? зменшить додатковий HarpIB не бшьше шж на 15%. Суттево зменшити теплове наван-таження на дюд при заданих параметрах струму живлення можна лише по-кращенням теплових параметр1 В прилеглих до дюда iiiapiB, наприклад, ви-користанням алмазних основ.
Висновки
3 використанням комп'-ютерного числового моделювання. розраховано тепловий режим активно!'- обласп ЛПД з урахуванням особливостей конс-трукцп генератора на його ochobi. Показано, що neperpis активно!'- облает! д! ода за час дй 1мпульсу струму живлення складае 420 °C. При цьому абсо-лютне значения температури активно!'- област1 може досягати 500 °C. Кр1м того, показано, що покращення теплових параметр1 В елемекив конструкци генератора, в! ддалених вщ активно!'- обласп дюда, при заданих параметрах струму живлення не може бути використане для зменшення теплового на-вантаження на дюд. через сильний neperpiB дюда робоча тривалють 1мпу-льсу при заданш вх1днш потужносп не може перевищувати 100−150 не.
Литература
1. Domingos Н. Transient temperature rise in silicon semiconductors devices // ШЕЕ Trans. -1975. v. ED-22. N1. p. 20−23.
2. Bowen J.H., Breese M.E. Analytic and experimental techniques for evaluating transient thermal characteristics of TRAP ATT diodes/ЯЕЕЕ Trans. -1974. -v. ED-21. N8. p. 480−487.
3. Ясинский К. А. Тепловой режим импульсных генераторных диодов // Радиотехника и электроника -1975. № 1. с. 224−226.
4. Крейт Ф., Блек У. Основы теплопередачи // Издательство & quot-Мир"-. -Москва. -1983.
5. Пехович А. И., Жидких В. М. Расчеты теплового режима твердых тел // Ленинград. & quot-Энергия"-. 1976.
6 Касаткин Л. В., Чайка В. Е. Полупроводниковые устройства диапазона миллимет-
З. ШШе-КЩ i 3, Oo0iie+002 i
гл-оеое+оог
2. 0COGe+002 ?. 500 051+002 i. O?? Oe+002 S-OOOOe+aOX
240мкм S S4 11 ?1 i СТ|
¦
шшяяшшшш --i-
Рис. 4
Bichuk Нацюнального техшчного ушеерситету Украши & quot-Kill"- 79 Сер i я — Радютехшка, Радюапаратобудування. -2008. -№ 36
Техшка ma npucmpoiHBЧд'-шпазону. Антенна техшка
ровых волн //Изд. & quot-Вебер"-. Севастополь. 2006.
7 Олейиик В. Ф., др. Электронные приборы миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов на основе нанотехнологий//Изд. ООО & quot-ДВ.К. "-. Киев. 2004.
8 http: //www. ansofl. com/products/tools/ephysics/.
Kлючoвi слова: лавинно-прол^тний дюд, генератор мш! метрового д! апазону, техшка 1ГВЧ даалазону
Гуцул A.B., Зоренко A.B. Анализ теплового режима лавинно-пролетных диодов в генераторах миллиметрового диапазона длин волн работающих в импульсном режиме Рассмотрено влияние конструктивных особенностей генератора и режима питания на тепловой режим активной области диода. Показано, что определяющими факторами являются длительность импульса тока питания диода и тепловые параметры слоев, близких к активной области. Gutsul A.V., Zorenko O.V. Thermal conditions analyze of imp at diodes in millimeter-wave pulse generators There is influence of generator design features and IMPATT diode supply mode on effective layer thermal conditions being examined in this article. Shown, that current pulse width and thermal properties of layers closest to effective are determinative factors given supply power.
УДК 621. 373. 12: 621. 396,61
МАЛОШУМЛЯЧИЙ СИТЕЗАТОР ЧАСТОТИ ДИАПАЗОНУ 12 ГГц ДЛЯ ПРИЙМАЧ-ГШРЕДАВ АЧА ФАЗОМАШПУЛЪОВАНИХ СИГНАШВ
Цвелга 1. С., Омеляненко М. Ю., Коцержинсъкий Б. О.
Розроблено синтезатор частоти з низъким р1внем фазового шуму, придатний до автоматизованих прощсгв виробництва вузлгв на друкованих платах. Проведено ана-лгз ймов1рност1 помшки для каналу передачI даних з 8-Р8К модуляцгею, що вшористо-вус розроблений синтезатор частоти, як гетеродин перетворювач1 В частоти.
Використання су часы им и системами зв'-язку склад них вщцв модуляцп, шдвшцення вимог до ефективносп використання частотних ресурс1 В, перемещения систем зв'-язку на все бшьш висош частоти та 1х комерщал! защя робить актуальною задачу побудови недорогих малошумлячих джерел ко-ливань, яка на сьогодш перетворилася на самостшну.
Результата дослщження
Проанал1зуемо ступшь впливу фазових шум1 В гетеродишв перетворю-вач!в частоти на
ПЕРЕДАВАЯ
ГРИИМАЧ
якють каналу передач! фазомашпу-льованих сигнал1 В. На рис. 1 зображеш основш компонента системи цифрового зв'-язку. Сигнал несучоТ промь
жно! частоти моду- Рис. 1.
люеться потоком вх1дних даних 1 переноситься у д1апазон частот вихщного
сигналу передавача. ГНсля проходження через канал, де шдлягае впливу

cyw ДЕМ
80 BicHUK Национального техшчного университету У крат и & quot-КП1"-
СерЫ — PadiomexHIKa, Радюапаратобудування. -2008. -М3б

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой