СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ДИОД

Полезная модель относится к СВЧ-технике и может быть использована для получения стабильных по частоте колебаний в узкой полосе частот коротковолновой части миллиметрового диапазона длин волн, например для создания на его основе малогабаритных генераторов.
Известен сверхвысокочастотный диод, содержащий расположенные в корпусе два коаксиальных резонатора, между торцами центрального проводника одного из которых и экранного проводника второго резонатора размещены полупроводниковые кристаллы (Патент на изобретение РФ №2019902 МПК: Н 03 В 7/14).
Недостатком этого диода является низкий КПД из-за излучения из корпуса основных колебаний.
Известен сверхвысокочастотный диод, содержащий расположенные соосно в корпусе первый и второй резонаторы, один из которых выполнен коаксиальным, а второй - цилиндрическим, полупроводниковые кристаллы, расположенные между краями торцов центрального проводника коаксиального резонатора и стенкой проводника второго резонатора (Свидетельство на полезную модель РФ №5304, МПК: Н 03 В 7/14).
Недостатком этого диода также является низкий КПД из-за излучения из корпуса основных колебаний.
Наиболее близким к предлагаемому решению является сверхвысокочастотный диод, содержащий корпус, в котором размещены соосно коаксиальный и цилиндрический; резонаторы, а полупроводниковая структура протяженной стороной прижата для обеспечения электрического контакта к внутренней стороне торца цилиндрического резонатора) а другой стороной закреплена на торце внутреннего проводника коаксиального резонатора, причем боковая сторона цилиндрического резонатора одновременно является внешним проводником коаксиального резонатора. (Свидетельство на полезную модель РФ №11942, МПК:).
Недостатком данного диода является низкий КПД из-за излучения из корпуса основных колебаний.
Задачей полезной модели является повышение КПД сверхвысокочастотного диода путем устранения излучения из корпуса основного колебания. Поставленная задача решается тем, что в сверхвысокочастотном диоде, содержащем корпус, имеющий внутреннюю цилиндрическую поверхность с соосно расположенным в нем проводником, снабженным в центре полупроводниковым
элементом, при этом зазор между торцевыми поверхностями проводника и корпуса образует цилиндрический резонатор, зазор между боковыми внутренней поверхностью корпуса и поверхностью проводника образует коаксиальный резонатор, а полупроводниковый элемент расположен с возможностью обеспечения электрического: контакта с верхней торцевой поверхностью корпуса, согласно предлагаемому решению, в нижней части корпуса со стороны его торцевой поверхности выполнен кольцевой паз, глубина которого и расстояние от поверхности проводника равны четверти длины волны, а ширина паза - не более 0,1 длины волны.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен продольный разрез заявляемого устройства. Позициями на чертеже обозначены:
1 - корпус; 2 - полупроводниковый элемент; 3 - проводник; 4 - цилиндрический резонатор; 5 - коаксиальный резонатор, 6 - резонансные окна связи; 7 - запредельное отверстие; 8 - кольцевой паз.
Конструкция сверхвысокочастотного диода содержит корпус I, внутренняя поверхность которого образована двумя цилиндрическими поверхностями разных диаметров. ступенчато переходящими одна в другую, при этом цилиндрическая поверхность меньшего диаметра расположена со стороны нижней части корпуса. В корпусе 1 соосно размещен цилиндрический проводник 3, отделенный от внутренней поверхности нижней части корпуса I тонким изолирующим слоем. Зазор между верхними торцевыми поверхностями проводника 3 и корпуса 1 образует цилиндрический резонатор 4, в центральной части которого размещен полупроводниковый элемент 2 с возможностью обеспечения электрического контакта, а зазор между боковыми поверхностями проводника и верхней части корпуса образует коаксиальный резонатор 5. Верхняя торцевая поверхность корпуса 1 представляет собой тонкую металлическую диафрагму, снабженную резонансными окнами связи 6. В корпусе 1 выполнено запредельное отверстие 7 для обеспечения возможности настройки резонаторов путем введения через него диэлектрика, например, кварцевого световода без наружной оболочки диаметром 0,03 мм. Коаксиальный резонатор выполнен четвертьволновым и настроен на Основную частоту автоколебаний.
В конструкции сверхвысокочастотного диода используется способность коаксиального резонатора трансформировать близкое к нулю сопротивление ступеньки внутренней поверхности корпуса, являющейся нижним короткозамкнутым торцом коаксиального резонатора, к плоскости, проходящей через верхнюю торцевую поверхность проводника, через целое число полуволн. При длине проводника 3 в коаксиальном резонаторе 5, равной половине длины волны третьей гармоники, в
010
плоскости торцевой поверхности проводника возникает короткое замыкание, при этом в цилиндрическом резонаторе 4 появляются колебания типа Е, настроенном на частоту третьей гармоники. В нижней части корпуса 1 выполнен узкий кольцевой паз 8 глубиной, равной четверть длины волны основного колебания, и шириной не более 0,1 длины волны. Кольцевой паз расположен от поверхности проводника 3 на расстоянии четверти, длины волны. Конструкция и расположение паза обеспечивает короткое замыкание на выходе проводника из нижней части корпуса 1 и, тем самым, предотвращает излучение основного колебания из корпуса, обеспечивая повышение КПД сверхвысокочастотного диода.
2
3
Такой диод целесообразно изготавливать из алюминия с последующим покрытием тонким слоем серебра как внутренних поверхностей резонаторов, так и внешней поверхности диода. Для изоляции проводника 3 от корпуса 1 используют оксидную пленку АlО толщиной не менее 10 мкм с пробивным напряжением 30В при номинальном напряжении питания, например диода Ганна, порядка 4В.
Устройство работает следующим образом.
При подаче заданного постоянного напряжения между корпусом 1 и внутренним проводником 3 на полупроводниковом элементе 2 появляется напряжение, превышающее пороговое и в коаксиальном резонаторе 5 возникают автоколебания. За счет нелинейной. характеристики полупроводникового элемента, 2 в цилиндрическом резонаторе 4 появляются колебания третьей гармоники, снимаемые через резонансные окна связи 6 в полезную нагрузку. При токе диода в пределах 0,1-0,2 А происходит незначительный Нагрев проводника 3, что обеспечивает быструю готовность диода к работе.
Заявляемый сверхвысокочастотный диод может быть использован в медицинской технике при воздействии на биологические среды в коротковолновой части миллиметрового диапазона длин волн, а также в качестве источника стабильных колебаний в приемной аппаратуре.