微波二极管

微波领域中的各种二极管，包括变容二极管，步进二极管，PIN二极管，限幅二极管，变容二极管，固态噪声二极管和雪崩二极管。各种微波二极管用作微波电路中的低噪声放大，发电，频率转换，调制，解调和信号控制。


在19世纪末发现点接触二极管效应之后，PIN二极管，变容二极管，肖特基二极管，隧道二极管和耿氏二极管等微波二极管相继出现。微波二极管的基板材料已经从锗和硅演变为砷化镓，这增加了微波二极管的工作频率。
最高频率已达到300 GHz。微波二极管具有体积小，可靠性高的优点，适用于微波振荡，放大，变频，切换，相移和调制。
混合二极管基于金属 - 半导体相接触，具有采用非线性电导原理制成的双端器件。该装置在第二次世界大战期间用于雷达接收器，是半导体领域的第一个实用装置。
在1965年之前，两个二极管都是点接触结构，其使用与半导体锗或硅接触的高频整流特性和微米尺寸的金属接触尖端。自1965年以来，探测器二极管具有卓越的性能肖特基势垒混合和检测二极管（也称为肖特基二极管）。
它们的工作频率范围从几百兆赫兹到300千兆赫兹，具有低噪声，频率带宽和耐燃烧性。良好的性能和其他特点。
在整个微波频段直接混合二极管的微波接收器的噪声系数为4.0到70 dB。梁引线结构和四管叠层具有多个倍频程性能。
检测二极管的工作频率范围为0至40 GHz，检测切线灵敏度为45至55分贝。变容二极管一种基于PN结电容的微波半导体器件，随反向偏压而变化。
它可以大致分为两类：用于低噪声参量放大器的变容二极管和用于电调谐的变容二极管。前者用于微波参量放大器，噪声温度低至30K，已广泛应用于卫星地球站。
后者主要用于频率调谐，压控振荡器，电子对抗以及敏捷雷达的快速调频。此外，变容二极管还可用于相移，限制等。
在生产中，两种类型的设备之间存在一定的差异。变容二极管必须具有良好的电容非线性和高值。
电调谐变容二极管必须严格控制半导体外延层的掺杂浓度分布，以获得大的电容变化区，并且应具有高的品质因数。步进二极管一种窄I层PIN二极管，具有短的反向恢复时间（高达数十皮秒），并且在从正向操作到反向时具有极其丰富的谐波。
另外，反非线性电容效应可用于倍频，谐波产生，采样，脉冲产生等。其主要用途是高频稳定倍频器，结合石英晶体振荡器可使微波源的频率稳定性达到10-6~10-9，广泛应用于数字通信，雷达和卫星通信设备。
PIN二极管一种压敏电阻器件，也称为等离子体二极管。它通常由P + P-I-NN +多层半导体组成。
可以根据应用控制I层的物理量和几何参数。当PIN二极管处于正向时，由于P层和N层分别将空穴和电子注入I层，电子和空穴在I层中形成等离子体并处于低微波阻抗状态，并且当二极管是反向的，它是一个等效的小电容是一个高微波阻抗状态。
PIN二极管可用于微波开关，ESC衰减，相移，微波调制和其他特殊应用。限幅二极管通过使用二极管的低正向导通电阻来限制微波信号的幅度。
在低功率限制的要求下，通常可以使用高质量的变容二极管;当RF功率大时，采用PIN二极管结构。这些器件用于保护微波接收器中的低噪声放大器。
固体噪声二极管固体噪声二极管和固体噪声源一类基于PN结反向雪崩击穿的微波器件，产生随机噪声。它与雪崩交叉装置的主要区别在于没有交叉区域。
雪崩固体噪声二极管具有噪声频谱宽，稳定性好，寿命长，工作电压低（20-30伏）的优点。现有产品的工作频率为0至40 GHz。
用这种噪声二极管制成的固体噪声源用于微波测量，遥感辐射计，自动雷达噪声测试等。 Avalanche Ferry Diode一种微波功率器件，基于PN结反向雪崩倍增和交叉原理产生RF负阻。
它是由W.T. Reed于1958年在美国提出的，所以它也被称为Reed二极管。这些二极管具有各种结构：簧片结构（即P + NIN +），肖特基结构（M-N-N +）高 - 低 - 高结构（H-L-H），双漂移结构（DDR或P + PNN +）。
使用的材料主要是硅和砷化镓。除了PN结雪崩交叉二极管之外，由于它们的工作机制的不同，还存在陷阱等离子体雪崩触发传输时间二极管，金属 - 半导体 - 金属阻挡铁氧体二极管，隧道雪崩过渡二极管等。
雪崩渡轮二极管及其电源可以达到极高的工作频率，并且可以从几百兆赫兹到300赫兹获得一定的微波功率。特别是在毫米波段，它是世界上最大的固态固体器件，可以连续工作或脉冲工作。
缺点是噪声略高于电子传输装置。利用雪崩渡轮二极管制造的雪崩振荡器和锁相放大器用于微波通信，雷达和战术导弹。