دیود مایکروویو (Microwave Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود مایکروویو (Microwave Diode) :
دیود مایکروویو (Microwave Diode) یک اصطلاح کلی برای دیودهایی است که برای کار در فرکانس های مایکروویو (از حدود ۱ گیگاهرتز تا چند صد گیگاهرتز) طراحی شده اند. این دیودها در کاربردهای مختلفی از جمله مخابرات، رادار، سیستم های ماهواره ای، و تجهیزات اندازه گیری فرکانس بالا استفاده می شوند. انواع مختلفی از دیودهای مایکروویو وجود دارد که هر کدام برای کاربرد خاصی بهینه شده اند.
برای کار در فرکانس های مایکروویو، دیودها باید دارای ظرفیت خازنی بسیار کم (کمتر از ۱ پیکوفاراد) و زمان پاسخ بسیار سریع (در حد پیکوثانیه) باشند. همچنین باید دارای بسته بندی (Package) مناسب با اثرات پارازیتی (Parasitic Effects) کم باشند. بسته بندی های خاص مانند بسته بندی های سرامیکی یا تراشه های برهنه (Bare Chips) برای این کاربردها استفاده می شوند.
انواع دیودهای مایکروویو عبارتند از: دیودهای شاتکی (Schottky Diodes) برای میکسرها و آشکارسازها، دیودهای PIN (PIN Diodes) برای کلیدزنی و تضعیف، دیودهای واراکتور (Varactor Diodes) برای تنظیم فرکانس و ضرب کننده ها، دیودهای گان (Gunn Diodes) برای نوسان سازی، و دیودهای IMPATT و TRAPATT برای نوسان سازی توان بالا.
پارامترهای مهم دیودهای مایکروویو به نوع آنها بستگی دارد. برای دیودهای شاتکی، فرکانس قطع (Cutoff Frequency)، ظرفیت خازنی، مقاومت سری، و نویز مهم هستند. برای دیودهای گان و IMPATT، توان خروجی، بازده، و فرکانس کاری اهمیت دارد. برای دیودهای واراکتور، نسبت ظرفیت (Capacitance Ratio) و ضریب کیفیت (Q) مهم است.
کاربرد اصلی دیودهای مایکروویو در گیرنده ها و فرستنده های مخابراتی است. دیودهای شاتکی به عنوان میکسر (Mixer) برای تبدیل فرکانس RF به IF و به عنوان آشکارساز (Detector) برای تشخیص سیگنال های مایکروویو استفاده می شوند. این دیودها باید نویز بسیار کمی داشته باشند تا حساسیت گیرنده افزایش یابد.
دیودهای PIN مایکروویو به عنوان کلیدهای سریع (Switches) و تضعیف کننده های متغیر (Variable Attenuators) در مدارات RF استفاده می شوند. آنها می توانند با تغییر جریان بایاس، مقاومت RF خود را تغییر دهند و برای کنترل توان و مسیریابی سیگنال در آنتن های هوشمند و سیستم های MIMO کاربرد دارند.
دیودهای واراکتور مایکروویو در نوسان سازهای کنترل شونده با ولتاژ (VCOs) و ضرب کننده های فرکانس (Frequency Multipliers) برای تولید سیگنال های پایدار در فرکانس های بالا استفاده می شوند. با تغییر ولتاژ بایاس، ظرفیت خازنی تغییر کرده و فرکانس تشدید مدار تنظیم می شود.
دیودهای گان (Gunn Diodes) و IMPATT (IMPATT Diodes) برای تولید توان در فرکانس های مایکروویو به عنوان نوسان ساز (Oscillator) استفاده می شوند. دیود گان از اثر مقاومت منفی (Negative Resistance) در برخی مواد نیمه هادی (مانند GaAs) برای تولید نوسان استفاده می کند. دیود IMPATT از پدیده شکست بهمنی و زمان عبور (Transit Time) برای ایجاد مقاومت منفی استفاده می کند و توان خروجی بالاتری دارد.
سری معروف دیودهای مایکروویو شامل دیودهای شاتکی خانواده HSMS-286x (برای فرکانس های تا ۵ گیگاهرتز) از Avago، دیودهای PIN خانواده MA4Pxxx از MACOM، و دیودهای گان خانواده MGxx از Microsemi هستند. این دیودها معمولا در بسته بندی های SMD کوچک یا به صورت تراشه (Chip) برای کاربردهای مایکروویو عرضه می شوند.
یکی از چالش های دیودهای مایکروویو، تطبیق امپدانس (Impedance Matching) با مدارات خارجی است. در فرکانس های بالا، هرگونه عدم تطابق می تواند باعث بازتاب سیگنال و کاهش عملکرد شود. بنابراین، دیودهای مایکروویو معمولا همراه با مدارات تطبیق طراحی شده و یا در بسته بندی هایی با امپدانس مشخص (معمولا ۵۰ اهم) عرضه می شوند.
در نهایت، دیودهای مایکروویو قطعات کلیدی در سیستم های مخابراتی مدرن، رادارها، و تجهیزات اندازه گیری فرکانس بالا هستند. با افزایش تقاضا برای پهنای باند بیشتر در ارتباطات بی سیم (5G و فراتر) و توسعه فناوری های جدید مانند رادار خودرو و اینترنت اشیا، اهمیت این دیودها روزافزون است. پیشرفت در مواد نیمه هادی مانند GaAs و GaN به بهبود عملکرد دیودهای مایکروویو کمک کرده است.
