CN109283448B - 一种雪崩二极管高频调谐装置 - Google Patents

Abstract

本发明设计一种雪崩二极管高频调谐装置，其特征在于：荡模块（2）中位于短路活塞组件（16）的有一侧设有连接座（17），连接座（17）端部螺纹连接一个旋钮19；短路活塞组件中的条形杆（A2）及柱形杆（A3）上套接有阻滞弹簧（18）,使条形杆（A2）及柱形杆（A3）可以在连接座（17）中的腔体中滑动配合，柱形杆（A3）端部与旋钮（19）端部接触配合。由于本发明中的短路活塞采用了螺纹旋进的传动模式，通过等距精密螺纹设计使得活塞位置调节具有连贯性与稳定性，进而保证雪崩二极管高频性能测试过程中电抗匹配的可靠性，最终得到准确的测试结果。

Description

一种雪崩二极管高频调谐装置

技术领域

本发明涉及微波毫米波半导体固态功率器件检测技术领域，具体是一种雪崩二极管高频参数调谐测试装置 。

背景技术

雪崩二极管基于雪崩延迟效应，在微波频率下呈现负阻特性，基于该特性雪崩二极管被应用与脉冲式或连续波式微波功率源设计。将雪崩二极管接入适当的谐振电路，并施加一定直流功率，将产生谐波振荡，实现微波功率输出。谐振电路有微带耦合线、同轴腔、波导腔等几种结构，由于雪崩二极管谐振输出在毫米波段优势较为突出，同时为了使加载雪崩二极管的谐振电路具有较高的稳定度和噪声性能，因此雪崩二极管谐振电路一般采用波导结构。使雪崩二极管产生高频谐振的几个主要模块：波导谐振腔、短路活塞、直流馈电端、位置调节簧片等。

雪崩二极管高频调谐过程中首先需要通过直流馈电端引入适当的直流功率信号，然后进行针对二极管在谐振腔体内位置变化的机械调谐、最后通过调节可移动短路活塞位置使谐振腔内行波传输波长发生变化，实现谐振电路阻抗变化，在三种不同调节形式的共同作用下最终实现雪崩二极管高频调谐输出，进而完成高频性能检测。针对谐振腔内波长变化调节可通过移动短路活塞完成，短路活塞的移动方与腔体内行波传输方向形成一定角度，活塞侧壁与波导壁、活塞内部空腔自身分别形成了与波长相关联的传输线，传输线只有在1/4波长奇数倍数的某一个工作点时才可能使雪崩二极管在中心工作频率下产生谐振。因此可移动短路活塞位置变化与雪崩二极管能否谐振输出关系紧密，如何保证短路活塞平稳移动是雪崩二极管调谐电路设计的基础。

目前雪崩二极管振荡调谐过程中，阻抗匹配调节主要以人工手动推拔短路活塞的方式实现波导腔内活塞滑动，这种方式由于人为施力不均匀，导致活塞在腔体内移动的平稳性和连续性不能保证。为了有效解决短路活塞滑动的平稳性和连续性，有研究开展了应用步进电机完成活塞在波导腔体内的滑动，但相应文献表明该方式是应用于X波段即3cm波段，在微波频段范围内，随着频段提升，对于振荡模块以外的电磁场控制要求将更加严格，而电磁场引入的主要途径为外部机电噪声以及地线串扰，目前雪崩二极管主要应用于毫米波段功率源设计，该波段对于外部电磁环境要求十分苛刻，使用论文中的设计方式需要考虑步进电机工作时电场波动、谐振模块测量环路地线环路与程控电机地线环路间地线串扰影响等多种因素，如此将导致谐振检测回路更加复杂，实际操作不易进行。

发明内容

本发明目的主要解决如何对雪崩二极管进行平稳有效的阻抗调节，同时结合二极管在振荡腔体内位置调节与电调谐，最终实现高频振荡功率输出的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种雪崩二极管高频调谐装置，包括振荡模块，振荡模块中设有波导腔体，波导腔体一侧设有调节配合的短路活塞，振荡模块中还设有垂直并贯穿波导腔体的同轴腔体，同轴腔体一侧设有导电柱、金属弹簧及馈电电极，同轴腔体另一侧设有旋钮，旋钮与导电柱将雪崩二极管固定于波导腔体中并可以调节在同轴腔体方向的位置，其特征在于：

振荡模块中位于短路活塞的一侧设有连接座，连接座端部螺纹连接一个旋钮；

短路活塞上依次设有条形杆、柱形杆，短路活塞及条形杆设置于波导腔体中滑动配合，条形杆及柱形杆上套接有阻滞弹簧,使条形杆及柱形杆可以在连接座中的腔体中滑动配合，柱形杆端部与旋钮端部接触配合。

进一步的技术方案为：旋钮端部设有球形凹槽，柱形杆一端设有球帽型顶杆，球帽型顶杆与旋钮中的凹槽接触配合。

由于本发明中的短路活塞采用了螺纹旋进的传动模式，通过等距精密螺纹设计使得活塞位置调节具有连贯性与稳定性，进而保证雪崩二极管高频性能测试过程中阻抗匹配的可靠性，最终得到准确的测试结果。

附图说明：

图1是本发明的结构剖视图；

图2是图1中短路活塞组件的结构示意图。

具体上述方式

本发明设计的雪崩二极管高频调谐装置基于同轴—波导结构设计，具有二极管位置调节、电调谐外接、短路活塞调节、耦合谐振、波导传输等功能。调谐装置中振荡模块2中与波导谐振腔垂直方向通道腔体被称为同轴腔体。

具体方案如下：

如图1、图2所示，一种雪崩二极管高频调谐装置，包括振荡模块2，振荡模块2中设有波导腔体6，波导腔体6一侧设有调节配合的短路活塞A1，振荡模块2中还设有垂直并贯穿波导腔体的同轴腔体，同轴腔体一侧设有导电柱10、金属弹簧11及馈电电极12，同轴腔体另一侧设有旋钮1，旋钮1、二极管卡夹3、与导电柱10将雪崩二极管4固定于波导腔体6中并可以调节在同轴腔体方向的位置，

振荡模块2中位于短路活塞A1的一侧设有连接座17，连接座17端部螺纹连接一个旋钮19，旋钮19端部设有球形凹槽19a；

短路活塞A1上依次设有条形杆A2、柱形杆A3，柱形杆A3一端设有球帽型顶杆A4，它们构成短路活塞组件，短路活塞A1及条形杆A2设置于波导腔体6中滑动配合，条形杆A2及柱形杆A3上套接有阻滞弹簧18,使条形杆A2及柱形杆A3可以在连接座17中的腔体中移动动配合，柱形杆A3端部的球帽型顶杆A4与旋钮19端部的球形凹槽19a接触配合。

如图1所示，按以下顺序完成调谐装置组装：

1.将两个无头钉5装入振荡模块2中；

2.二极管卡夹3装载于振荡模块2同轴腔体内，将雪崩二极管4安装于二极管卡夹3内，要求带有二极管结构的一端首先放入，旋入螺帽/15完成同轴方向二极管卡夹固定，带有外螺纹的旋钮1旋入螺帽15中心带有内螺纹的通孔内；

3.将垫片7从振荡模块2同轴腔体另一侧装入，然后依次放入绝缘套筒9、金属套筒8、导电柱10、金属弹簧11、馈电电极12、绝缘套管13，最后旋紧金属螺帽14；

4.将连接座17通过螺纹与振荡模块2完成装配，然后依次将阻滞弹簧18、短路活塞组件（A1、A2、A3、A4）装入定位模块中，最后旋入带有球形凹槽的旋钮19，要求短路活塞组件（A1、A2、A3、A4）后端的球帽型结构紧贴于旋钮球形凹槽19a内。

5.通过无头钉5将雪崩二极管高频调谐装置与外部测试环路连接；

6.外部电激励调谐信号经馈电电极13、金属弹簧11、导电柱10施加至雪崩二极管4。二极管工作在反向偏置状态下，调节外部电激励信号幅度大小，进行雪崩二极管4高频电调谐；

7.操作旋钮1，通过旋入旋出操作，配合振荡模块2同轴腔体内的弹簧11共同完成雪崩二极管4在振荡模块2中同轴方向的上下位置的调节，实现二极管在振荡模块2腔体内的机械调谐；

8.操作旋钮19进行短路活塞在振荡模块2的波导腔体6内行波通道的滑动操作。旋紧旋钮时，短路活塞组件（A1、A2、A3、A4）后端A4受力，推动短路活塞A1向波导腔体内部平移，松动旋钮时，由于活塞组件（A1、A2、A3、A4）内部阻滞弹簧18的作用，柱形杆A3受反弹推力作用，活塞A1向波导腔体外部方向平移。活塞A1在波导腔体6内行波通道内位置的变化改变了传输波行进方式及波长λ，通过活塞A1位置调节实现雪崩二极管4与波导谐振腔6的阻抗调谐；

9.在高频调谐模块中，通过以上步骤对雪崩二极管4同时进行电调谐、机械调谐及阻抗调谐三种调谐操作，完成阻抗匹配，实现雪崩二极管微波功率输出。

短路活塞组件由短路活塞A1、条形杆A2、柱形杆A3、球帽型顶杆A4等部分经一体化加工而成。

高频调谐装置仅表述了基本调试原理及组成，各模块结构尺寸可根据被测器件及外部测试环路进行设定；

螺纹结构条柱形短路活塞控制调节组件结构简单，活塞调整精细程度可通过变化螺纹螺距设计进行调整，支撑活塞移动的条柱尺寸可根据被测雪崩二极管匹配谐振腔体进行尺寸调整。

Claims (1)

1.一种雪崩二极管高频调谐装置，包括振荡模块（2），振 荡模块（2）中设有波导腔体（6），波导腔体（6）中设有调节配合的短路活塞，振 荡模块（2）中还设有垂直并贯穿波导腔体的同轴腔体，同轴腔体一侧设有导电柱(10)、金属弹簧（11）及馈电电极（12），同轴腔体另一侧设有调节螺栓（1），调节螺栓（1）与导电柱(10)将雪崩二极管（4）固定于波导腔体（6）中并可以调节在同轴腔体方向的位置，其特征在于：

振 荡模块（2）中位于短路活塞A1的一侧设有连接座（17），连接座（17）端部螺纹连接一个旋钮（19）；

短路活塞（A1）上依次设有条形杆（A2）、柱形杆（A3），短路活塞（A1）及条形杆（A2）设置于波导腔体（6）中滑动配合，条形杆（A2）及柱形杆（A3）上套接有阻滞弹簧（18）,使条形杆（A2）及柱形杆（A3）可以在连接座（17）中的腔体中移动配合，柱形杆（A3）端部与旋钮19端部接触调节配合；

旋钮（19）端部设有球形凹槽（19a），柱形杆（A3）一端设有球帽型顶杆（A4），球帽型顶杆（A4）与旋钮19中的凹槽接触配合。

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