Коммутационные СВЧ диоды. Дискретные фазовращатели на коммутационных диодах: отражательные фазовращатели, проходные фазовращатели.

Коммутационные диоды позволяют управлять прохождением колебаний в трактах СВЧ при импульсной мощности до 100 кВт и при средней мощности до 1 кВт. В наиболее распространенных p-i-n-диодах (рис. 1) сильнолегированные торцевые р- и n-слои полупроводниковой пластинки разделены высокоомной областью с электропроводностью собственного типа (эту область обычно называют базой диода). Торцевые поверхности диода диаметром около 1 мм, прилегающие к р- и n-слоям, металлизируют и исполь­зуют в качестве выводов. При нулевом или обратном напряжении смещения на диоде контактные разности потенциалов p-i- и i -n-переходов препятствуют проникновению свободных носителей заряда из р- и n-областей в базу диода и диод обладает большим сопро­тивлением (единицы или десятки килоом). Вследствие значительной толщины базы (несколько сотен микрометров) диод оказыва­ется инерционным элементом. При подаче колебаний СВЧ на закрытый p-i-n диод не наблюдается эффекта выпрямления, так как за положительный полупериод колебаний в базе диода не успевают накопиться свободные носители заряда. Закрытый p-i-n-диод при обратном напряжении смещения и даже без него может вы­держивать без проявления свойств нелинейности напряжения СВЧ до 10³ В. Поэтому схему замещения закрытого p-i-n-диода (рис. 1, б) представляют в виде или параллельного соединения боль­шого (несколько килоом) активного сопротивления R и общей ем­кости диода С=0,3÷1 пФ, или последовательного соединения не­большого (несколько ом) активного сопротивления r_, учитывающего потери, и емкости базы С_. При подаче на диод положитель­ного управляющего смещения 1—2 В полупроводниковые переходы отпираются, база диода заполняется свободными носителями за­ряда— дырками из р-слоя и электронами из n-слоя — и сопротив­ление базы резко уменьшается. Для поддержания малого сопро­тивления базы необходим постоянный ток 1—200 мА, возмещаю­щий потери носителей заряда из-за рекомбинации электронов и дырок. Открытый диод способен пропускать токи СВЧ до 100 А при сохранении низкого сопротивления, так как отрицательная по­луволна колебания СВЧ не успевает вытянуть из базы диода часть пространственного заряда. Схема замещения открытого p-i-n-диода состоит из единственного активного сопротивления r+ (несколько ом), однако при наличии корпуса в эту схему иногда добавляют небольшую индуктивность вывода L_s (рис. 1, в).

Рис. 1. Диод типа p-i-n и его схемы замещения:

а — устройство диода;

б — диод в закрытом состоянии;

в — диод в открытом состоянии