Квазіоптичний твердотільний генератор з відкритою квазіодночастотною сфероешелетною коливальною системою

Abstract

Представлено результати дослідження, пов'язаного з розробкою ефективної високодобротної відкритої коливальної системи квазіоптичних твердотільних генераторів міліметрового і субміліметрового діапазонів довжин хвиль. Показано, що для стабільної роботи твердотільних генераторів на діодах Ганна і лавино-пролітних діодах, розміщених всередині відкритого резонатора, потрібне істотне розрідження спектру резонансних частот, що виключає переходи частоти генерації. З урахуванням цієї вимоги в якості відкритої коливальні системи твердотільних генераторів запропонований сфероешелетний відкритий резонатор, одне з дзеркал якого має відбивну решітку типу"ешелет". У роботі наведені результати "холодних" вимірювань спектра резонансних частот сфероешелетного відкритого резонатора, які свідчать про те, що він дійсно має істотно розріджений спектр як по поперечним, так і, що дуже важливо, по поздовжніх типах коливань. Обговорено і реалізовані на практиці умови, необхідні для збудження в твердотільному генераторі на базі сфероешелетного відкритого резонатора добротних стабільних коливань з високим ККД. Наведено результати експериментального дослідження квазіоптичного генератора на лавино-пролітних діодах 8-мм діапазону довжин хвиль. Представлені аналіз отриманих характеристик і їх якісне пояснення на основі запропонованої моделі процесів, які протікають в досліджуваному генераторі. Показано, що сфероешелетний відкритий резонатор може бути використаний в якості резонансної системи не тільки твердотільних, а також і електровакуумних приладів у всьому діапазоні НВЧ. Намічено шлях в напрямку подальшого розрідження спектра сфероешелетного відкритого резонатора з метою створення реально одночастотної відкритої коливальної системи.

The results of research related to the development of an effective high-Q open oscillatory system of quasi-optical solid-state generators of millimeter and submillimeterwavelength ranges are presented. It isshown that for the stable operation of solid-state generators based on Gunn diodes and avalanche-transit diodes (ATDs) located inside an open resonator (OR), a significant rarefaction of the resonance frequency spectrum is required, which excludes jumps of the generation frequency. Taking this requirement into account, a spheroechelett open resonator (SE OR) is proposed as an open oscillatory system of solid-state generators, one of the mirrors of which is a reflective lattice ofthe “echelette” type. The paper presents the results of “cold” measurements of the spectrum of resonance frequencies of the SE OP, which indicate that the SE OP indeed has a significantly rarefied spectrum both in transverse and, which is very important, in longitudinal modes of oscillations. The conditions necessary for the excitation of high-quality stable oscillations with high energy efficiency in a solid-state generator based on an SE OR are discussed and implemented. The results of an experimental studyof a quasi-optical generator based on an 8-mm ATD wavelength range are presented. The analysis of the obtained characteristics and their qualitative explanation on the basis of the proposed model of the processes occurring in the investigated generator are presented. It is shown that the SE OR can be used as a resonant system in the entire EHF range of not onlysolid-state, but also electronic-vacuum devices. Finally, a way is outlined in the direction of further rarefaction of the spectrum of the SE OR in order to create a really single-frequency open oscillatory system.