Дипломная работа на тему: Исследование эффекта автодинного детектирования в многоконтурном генераторе диоде ганна

Введение

В связи с развитием современных технологий, требующих непрерывного контроля за многими параметрами технологического процесса, состоянием оборудования и параметрами материалов и сред становится всё более актуальной задача создания неразрушающих бесконтактных методов измерения и контроля параметров материалов и сред. Измерения на СВЧ позволяют определить электропроводность, толщину, диэлектрическую проницаемость и другие параметры материалов и сред без разрушения поверхности образца, дают возможность автоматизировать контроль параметров материалов. Для этого в настоящее время широко используются методы, основанные на использовании эффекта автодинного детектирования в полупроводниковых приборах.

Применение эффекта автодинного детектирования в полупроводниковых СВЧ-генераторах для контроля параметров материалов и структур основано на установлении зависимости величины продетектированного СВЧ-сигнала от параметров контролируемых величин: толщины, диэлектрической проницаемости, проводимости [1-6].

Однако, прежде чем создавать конкретный прибор на основе данного эффекта, необходимо провести моделирование его работы. Для этого необходимо рассмотреть принципы действия таких устройств.

При изменении уровня мощности СВЧ-излучения, воздействующего на полупроводниковые элементы с отрицательным сопротивлением, наблюдается изменение режима их работы по постоянному току, что можно понимать как проявление эффекта детектирования. В случае, если прибор с отрицательным сопротивлением является активным элементом СВЧ-генератора наблюдается эффект автодинного детектирования.

Одним из методов, позволяющих провести расчёт величины эффекта автодинного детектирования при реальных параметрах активного элемента и нагрузки, определить области значений контролируемых параметров материалов, в которых чувствительность автодина к их изменению максимальна, наметить пути оптимизации конструкции генератора, является метод, основанный на рассмотрении эквивалентной схемы СВЧ-генератора, в которой комплексная проводимость нагрузки определяется параметрами исследуемого материала и характеристиками электродинамической системы [7,9].

Целью дипломной работы являлось исследование эффекта автодинного детектирования в многоконтурных СВЧ-генераторах на диоде Ганна для создания измерителей параметров материалов, вибрации и выявления особенностей их работы.

Оглавление

- Введение

- Анализ возможности использования автодинов на полупроводниковых активных СВЧ-элементах для контроля параметров материалов и сред

- Теоретическое исследование эффекта автодинного детектирования в многоконтурном генераторе на диоде Ганна

- Экспериментальные исследования эффекта автодинного детектирования в многоконтурном генераторе на диоде Ганна

- Заключение

- Список литературы

- Приложение. Текст программы для моделирования процессов в многоконтурном генераторе на диоде Ганна

Заключение

При выполнении дипломной работы были получены следующие результаты:

1. Проведен анализ современного состояния проблемы измерения параметров материалов и структур с помощью эффекта автодинного детектирования.

2. Построена теоретическая модель многоконтурного автодинного генератора на диоде Ганна, разработана и описана эквивалентная схема.

3. На основе построенной модели составлена программа для расчета параметров многоконтурного генератора на диоде Ганна.

4. Проведено компьютерное моделирование работы многоконтурного автодина на диоде Ганна.

5. Теоретически и экспериментально исследованы особенности проявления эффекта автодинного детектирования в многоконтурном генераторе на диоде Ганна с низкочастотным колебательным контуром в цепи питания. Обнаружено, что изменение нагрузки в СВЧ- и НЧ-цепях могут вызывать изменение продетектированных в этих цепях сигналов как одинакового, так и противоположного знаков.

Установлено, что наблюдавшиеся экспериментально локальные максимумы и минимумы на зависимостях продетектированного сигнала от изменения нагрузки в СВЧ-цепи обусловлены наличием в спектре выходного сигнала СВЧ-генератора на диоде Ганна высших гармоник.

Список литературы

1. Альтшулер Ю. Г., Сосунов В. А., Усов Н. В. Измерение малых амплитуд механических перемещений с применением открытого СВЧ резонатора // Известия ВУЗов. - Радиоэлектроника. - 1975. - Т.18. - №10. - С.93-98.

2. Усанов Д.А., Авдеев А.А. Использование эффекта автодинного детектирования в генераторах на диодах Ганна для двухпараметрового измерения диэлектриков // Дефектоскопия.- 1995. - №4. - С.42-45.

3. Усанов Д.А., Тупикин В.Д., Скрипаль А.В., Коротин Б.Н. Использование эффекта автодинного детектирования в полупроводниковых СВЧ генераторах для создания устройств радиоволнового контроля // Дефектоскопия. - 1995. - №5. - С.16-20.

4. Зак Е. Когерентные световые методы измерения параметров механических колебаний // Зарубежная радиоэлектроника. - 1975. - №12. - С. 70-76.

5. Викторов В. А., Лункин Б. В., Совлуков А. С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов, - М.: Энергоиздат. - 1989.

6. Коломойцев Ф. Н., Быстряков Н. П., Снежко Е. М., Налча Г. И., Харагай А. С. СВЧ установка для измерения вибраций // Измерительная техника. - 1971. - №11. - С. 45-46.

7. Коган И. М., Тамарчак Д. Я., Хотунцев Ю. Л. Автодины // Итоги науки и техники. - Радиоэлектроника. - 1984. - Т.33. - С. 3-175.

8. Коротов В. И., Хотунцев Ю. Л. Энергетические характеристики допплеровских автодинов на полупроводниковых приборах // Радиотехника и электроника. - 1990. - Т.35. - №7. - С. 1514-1517.

9. Хотунцев Ю.Л., Тамарчак Д.Я. Синхронизированные генераторы и автодины на полупроводниковых приборах. М.: Радио и связь, - 1982. - 240 с.

10. Шокли В. Теория электронных полупроводников. Пер. с англ. / под ред. Жузе. - М.: Иностранная литература. - 1953. -С. 558.

11. Еленский В. Г. Инжекционно - пролетные диоды с проколом базы, BARITT - диоды // Зарубежная радиоэлектроника. - 1977. - №11. - С.98-103.

12. Усанов Д.А., Вагарин А.Ю., Безменов А.А. Об использовании детекторного эффекта в генераторах на ЛДД для измерения диэлектричекой проницаемости материалов // Дефектоскопия. - 1981. - №11. - С.106-107.

13. Усанов Д. А., Горбатов С. С., Семенов А. А. Изменение вида вольт - амперной характеристики диода Ганна в зависимости от режима его работы на СВЧ // Известия ВУЗов. - Радиоэлектроника. - 1991. - Т.34. - №5. - С.107-108.

14. Васильев Д. В., Витель М. Р., Горшенков Ю. Н. и др. Радиотехнические цепи и сигналы / под ред. Самойло К. А. - М.: Радио и связь. - 1982.

15. Murayama К., Ohmi Т. Static Negative Resistance in Highly Doper Qunn Diodes and Application for Switching and Amplification // Japan. J. Appl. Phys. 1973. V.12. №12. Р.1931.

16. Эберт К., Эдерер Х. Компьютеры. Применение в химии. Пер. с нем. - М.: Мир, - 1988. - 416 с.

17. Усанов Д.А., Вагарин А.Ю., Вениг С.Б. Использование детекторного эффекта в СВЧ генераторе на диоде Ганна для измерения параметров диэлектриков // Дефектоскопия. - 1985. - №6. - С.78-82.

18. Усанов Д.А., Скрипаль А.В. Эффект автодинного детектирования в генераторах на диодах Ганна и его использование для контроля толщины и диэлектрической проницаемости материалов / Изв. ВУЗов. - Радиоэлектроника. - 1987. - Т.30. - №10. - С.76-77.

19. Усанов Д.А., Безменов А.А., Коротин Б.Н. Устройство для измерения толщины диэлектрических плёнок, напыляемых на металл / ПТЭ. - 1986. - №4. - С.227-228.

20. Усанов Д.А., Коротин Б.Н. Устройство для измерения толщины металлических плёнок, нанесённых на диэлектрическую основу / ПТЭ. - 1985. - №1.- С.254.

21. Усанов Д.А., Вагврин А.Ю., Коротин Б.Н. Устройство для измерения параметров диэлектрических материалов. Авт. свид. №1161898. - Бюл. изобр. - 1985. - №22. - С.184-185.

22. Усанов Д.А., Тупикин В.Д., Скрипаль А.В., Коротин Б.Н. Радиоволновые измерители на основе эффекта автодинного детектирования в полупроводниковых СВЧ генераторах / Тез. докл. Всесоюзной научно-технической конференции "Оптические, радиоволновые и тепловые методы и средства неразрушающего контроля качества промышленной продукции". - Саратов: Изд. СГУ. - 1991. - С.4-6.

23. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Коротин Б.Н., Лицов А.А., Гришин В.К., Свирщевский С.Б., Струков А.З. Устройство для измерения параметров диэлектрических материалов. Авт. свид. №1264109. - Бюлл. изобр. - 1986. - №38. - С.138.

24. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Орлов В.Е, Гришин В.К., Левин М.Н., Ефимов В.П. Способ измерения амплитуды вибраций осе симметричных объектов. Авт. свид. №1585692. - Бюлл. изобр. - 1990. - №30. - С.204.

25. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Пер. с амер. / под ред. Арамаковича И. Г. - М.:Наука. - 1973. - 831 с.

26. Будак Б. М., Фомин С. В. Кратные интегралы и ряды. - М.:Наука. - 1965. - 608 с.

27. Маккракен Д., Дорн У. Численные методы и программирование на ФОРТРАНе. Пер. с англ. / под ред. Наймарка Б. М. - М.:Мир. - 1977. - 584 с.