UA92531C2 - Device for conversion of shf energy to industrial-frequency alternating current - Google Patents
Device for conversion of shf energy to industrial-frequency alternating current Download PDFInfo
- Publication number
- UA92531C2 UA92531C2 UAA200815171A UAA200815171A UA92531C2 UA 92531 C2 UA92531 C2 UA 92531C2 UA A200815171 A UAA200815171 A UA A200815171A UA A200815171 A UAA200815171 A UA A200815171A UA 92531 C2 UA92531 C2 UA 92531C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- semiconductor
- frequency
- industrial
- plate
- microwave
- Prior art date
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title abstract description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 39
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 12
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- -1 etc.) Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Waveguides (AREA)
Abstract
Description
Проте недостатньо висока середньорічна ене- достатньо складна; складним по конструкції і в ргія сонячної радіації на території України (розта- настройці є і вузол введення НВЧ енергії в елект- шованої між 45 і 52 градусами північної широти), ронний потік. Наявність в пристрої катода, що піді- оцінювана всього в 4 кіловат-години на квадрат- грівається, з могутньою емісією електронів різко ний метр поверхні, і істотна сезонна нерівномір- знижує ресурс роботи перетворювача. Крім того, ність інтенсивності світлової енергії, що досягає оскільки на резисторі навантаження виділяється поверхні Землі (максимальні значення - від 1000 енергія постійного струму, який має обмежені об- ватів на квадратний метр в літні місяці до 250 ва- ласті використовування, то виникає потреба в до- тів на квадратний метр в зимові місяці), а також датковому перетворювачі постійного струму в звуження спектрального складу досягаючого зем- змінний, що ускладнює і здорожує систему перет- ної поверхні сонячного випромінювання через фі- ворення в цілому і приводить до зниження коефі- льтруючі властивості забрудненої атмосфери істо- цієнта корисної дії. тно утрудняють використовування сонячного Частково подолати вказані недоліки вдається випромінювання, перетворюваного в постійний при використовуванні вакуумних випрямних діодів струм фотоелектричними перетворювачами, вста- ІСВЧ-знергетика /Лод ред. З. Окресса. М.: Мир, новленими на поверхні Землі. 1971, ТЛ, с.407; ІЕЕЕ-МТТ-Іпієгп. Місгомаме Зутр.,However, the annual average is not high enough and is difficult enough; complex in design and in the rgy of solar radiation on the territory of Ukraine (the location is also a node for the introduction of microwave energy in electrified between 45 and 52 degrees north latitude), ron flow. The presence of a cathode in the device, which is estimated at only 4 kilowatt-hours per square meter, is heated with a powerful emission of electrons, and a significant seasonal irregularity sharply reduces the resource of the converter. In addition, the intensity of light energy reaching the surface of the Earth (maximum values - from 1000 direct current energy, which has a limited number of watts per square meter in the summer months to 250 watts of use) dots per square meter in the winter months), as well as the tax converter of direct current in the narrowing of the spectral composition of the reaching earth variable, which complicates and makes more expensive the system of crossing the surface of solar radiation due to fluorescence in general and leads to a decrease in co-filtering properties of the polluted atmosphere of the useful agent. tno make it difficult to use solar radiation, which is converted into a constant current by photoelectric converters using vacuum rectifier diodes. Z. District. M.: Peace, created on the surface of the Earth. 1971, TL, p. 407; IEEE-MTT-Ipiegp. Misgomame Tomorrow,
Тому висунута ще в 50-60-х роках (Капица П.Л. 1976, Р.142-144). Хоча по величині оброблюваногоTherefore, it was put forward in the 50s and 60s (Kapitsa P.L. 1976, R.142-144). Although by the size of the processed
Злектроника больших мощностей. М.: Изд-во АН НВЧ сигналу одиничний вакуумний діод поступа-High power electronics. M.: Izd-vo AN microwave signal single vacuum diode forward-
СССР, 1962г., а також більш ранні патенти США ється конвертору, що працює на ефекті циклот-USSR, 1962, as well as earlier US patents for a converter operating on the effect of cyclo-
МеМоб685.956, 787.412, 1119732 і др.| і модифікова- ронного резонансу, можливість послідовно- на в подальший період (пат. США Ме5.068.669 паралельного з'єднання великої кількості діодів в (1991р.) Ме5.218.374 (1993р.) Мео5.293.176 (1994р.); матрицю дозволяє частково спростити і здешеви-MeMob685.956, 787.412, 1119732, etc.| and modified resonance, the possibility of serial connection in the later period (US Pat. Me5.068.669 of parallel connection of a large number of diodes in (1991) Me5.218.374 (1993) Meo5.293.176 (1994); the matrix allows partially simplify and cheapen
Известия Академии наук, серия Знергетика, М., ти конструювання наземної приймально-випрямної 2004, с. 3-25; пЕрулимлиу.п-со5тов.ги/рарегв системи - ректени (від англ. гесійу - випрямляти і /КІО1.піті| концепція орбітальної сонячної елект- апієппа). роенергетики, яка включає перетворення сонячної Проте проблема невисокої довговічності ламп, енергії в постійний струм і потім за допомогою від- що пов'язана з погіршенням в процесі експлуатації повідних радіотехнічних пристроїв (переважно параметрів катода, і неминучим виникненням ме- магнетронів), що також розташовуються на орбі- ханічних коливань великорозмірних анода і като- тальній платформі, - в НВЧ енергію, яку у вигляді да, накладає серйозні обмеження на вживання цих сфокусованого радіопроменя транспортують на приладів. І в цілому - вказані технічні рішення поIzvestiya Akademii Nauk, series Znergetika, M., construction of the ground receiver-rectifier 2004, p. 3-25; pErulymlyu.p-so5tov.gy/raregv systems - rectens (from the English hesiyu - to straighten and /KIO1.piti| the concept of orbital solar elect- apieppa). roenergetics, which includes the conversion of solar However, the problem of low durability of lamps, energy into direct current and then with the help of on orbital vibrations of large-sized anodes and cathodal platform - in microwave energy, which in the form of yes, imposes serious restrictions on the use of these focused radio beams is transported to devices. And in general - specified technical solutions for
Землю для подальшого перетворення в постійний перетворенню НВЧ енергії в живлячі напруги з струм, дозволяє розв'язати проблему ефективного використанням вакуумних приладів лежать поза використовування сонячного випромінювання. магістральними шляхами розвитку сучасної техні-Earth for further transformation into a permanent transformation of microwave energy into a supply voltage with current, allows you to solve the problem of effective use of vacuum devices lying outside the use of solar radiation. highways of the development of modern technology
Упровадження такої технології актуальне вже чної електроніки, яка базується на використову- сьогодні зважаючи на необхідність покриття все ванні різноманітних фізичних ефектів в напівпро- зростаючого дефіциту енергії - за рахунок отри- відниках. мання великих (мега- і гігаватних) значень потуж- Найближчим по технічній суті і по результату, ності, переважно за рахунок використовування що досягається, до винаходу, що заявляється сонячної радіації. При цьому невирішеною є зада- (прототипом), є напівпровідниковий перетворювач ча перетворення НВЧ енергії високої густини по- НВЧ енергії в енергію постійного струму, що вико- тужності безпосередньо в струм промислової час- ристовується як окремий елемент ректени і міс- тоти. тить напівпровідниковий елемент у вигляді діода зThe introduction of such technology is relevant for already existing electronics, which is based on the use of various physical effects in the half-growing energy deficit - at the expense of poisons. The production of large (megawatt and gigawatt) power values is the closest in terms of technical essence and result, mainly due to the use of what is achieved, to the claimed invention of solar radiation. At the same time, the unsolved task is (prototype), there is a semiconductor converter that converts high-density microwave energy into direct current energy, which can be converted directly into industrial current. a semiconductor element in the form of a diode with
Відомий електронний НВЧ перетворювач, в бар'єром Шоттки, встановлений у відрізку хвиле- якому використовується явище циклотронного воду і підключений через фільтруючі пристрої до резонансу електронів, саме - НВЧ випромінюван- джерела змінної напруги і резистора, який є опо- ня, взаємодіючи з потоком носіїв заряду електрон- ром навантаження (Тези доповідей Х Всесоюзної ної гармати, забезпечує циклотронне обертання наукової конференції, 20-23 вересня 1983р., Мін- електронів, і в області циліндрового електроду, по ськ, 6.252-253 - доповідь «Аналітичний аналіз на- осі якого проходить електронний потік на шляху до півпровідникового випрямляча ректени»|. бар'єрного електроду і потім до колектора, відбу- Пристрій-прототип нескладний конструктивно, вається перетворення обертальної енергії елект- легко вписується в конструкцію ректени, проте ронів в енергію їх поступального руху. Потужність можливість його функціонування тільки при малих постійного електричного струму виділяється на рівнях вхідної НВЧ потужності, так що навіть не- резисторі (навантаженню), розташованому в лан- значне наднормативне збільшення потужності або цюзі, що сполучає колектор з катодом електронної величини опору навантаження приводить до збі- гармати (Известия ВУЗов. Радиозлектроника. - льшення втрат НВЧ сигналу і, відповідно, до зни- 1978, Т.ХХІ Ме10, с.96-1001. ження коефіцієнта корисної дії, а також до виник-A well-known electronic microwave converter, in the Schottky barrier, is installed in the wave segment, which uses the phenomenon of cyclotron water and is connected through filtering devices to the resonance of electrons, namely, the microwave emitted by a source of alternating voltage and a resistor, which is a tire, interacting with the flow of charge carriers with an electron load (Abstracts of reports X of the All-Union gun, provides cyclotron rotation of the scientific conference, September 20-23, 1983, Ministry of Electrons, and in the field of the cylinder electrode, in sk, 6.252-253 - report "Analytical analysis of along the axis of which the electron flow passes on its way to the semiconductor rectifier of the barrier electrode and then to the collector, the prototype device is structurally uncomplicated, the transformation of the rotational energy of the electron is easy to fit into the structure of the rectena, and protons into the energy of their translational motion Power, the possibility of its functioning only at small constant electric currents is allocated at the input levels ny microwave power, so that even a non-resistor (load) located in the circuit, an over-normative increase in power or a fuse connecting the collector to the cathode of the electronic value of the resistance of the load leads to coincidence (Izvestia VUZov. Radio electronics. - reduction of microwave signal losses and, accordingly, to the reduction of 1978, T.XXI Me10, p.96-1001. efficiency ratio, as well as before the occurrence of
Очевидна складність такого способу перетво- нення пробою бар'єру через збільшення зворотної рення НВЧ енергії і пристрою, що його реалізовує: напруги на бар'єрі, що знижує надійність функціо- подовжнє магнітне поле, що вимагається для здій- нування випрямляча. Крім того, необхідність кому- снення циклотронного резонансу, повинне мати тації великої кількості модулів, що входять до вельми складну конфігурацію; система живлення складу ректени, через низьку питому потужність фокусуючих електродів, циліндрового електроду з (одиниці ватів) і низьку вихідну питому напругу прискорюючим потенціалом і бар'єрного електроду (1...4 В) істотно знижує надійність функціонування всієї приймально-випрямної системи навіть при коливальному контурі струму промислової частоти незначних перевантаженнях унаслідок лавинного в блок постійної напруги. пробою, а необхідність перетворення постійного Виконання умови по величині добутку концен- струму в змінний струм введенням додаткового трації носіїв заряду (електронів) напівпровіднико- інвертування напруги ускладнює конструкцію і вого матеріалу по на довжину напівпровідникової знижує коефіцієнт корисної дії системи. структури І. забезпечує реалізацію механізму між-The obvious difficulty of such a method of overturning the breakdown of the barrier is due to the increase in the return absorption of microwave energy and the device that implements it: the voltage on the barrier, which reduces the reliability of the functional longitudinal magnetic field, which is required to connect the rectifier. In addition, the need for communization of cyclotron resonance must have a large number of modules that are part of a very complex configuration; the power supply system of the rectenna, due to the low specific power of the focusing electrodes, the cylinder electrode with (units of watts) and the low output specific voltage of the accelerating potential and the barrier electrode (1...4 V), significantly reduces the reliability of the entire receiving-rectifying system even with oscillating current circuit of industrial frequency minor overloads due to avalanche in the block of constant voltage. breakdown, and the need to convert the constant Fulfillment of the condition on the product of the concentration into an alternating current by introducing additional tration of charge carriers (electrons) of the semiconductor inverting voltage complicates the design and reduces the efficiency of the system by the length of the semiconductor material. structures I. ensures the implementation of the mechanism between
В основу винаходу, що пропонується, постав- долинного перенесення електронів - механізму, лена задача підвищення надійності і коефіцієнта що приводить до утворення в об'ємі напівпровід- корисної дії при одночасному спрощенні конструк- ника негативної диференціальної провідності при ції. напруженості поля 2...7кКВ/см і виникнення елект-The proposed invention is based on the task of increasing the reliability and coefficient of the electron transfer mechanism, which leads to the formation of a semiconducting effect in the volume while simultaneously simplifying the structure of the negative differential conductivity. field strengths of 2...7 kV/cm and the occurrence of electric
Поставлена задача вирішується тим, що в ричної доменної нестійкості, що забезпечує появу пристрої перетворення НВЧ енергії в змінний зовнішньої (на клемах) негативної провідності на- струм, що містить напівпровідниковий елемент, півпровідникової структури. встановлений у відрізку хвилеводу і підключений Вказаний інтервал подовжнього геометричного через фільтруючі пристрої до джерела змінної розміру напівпровідникової структури відповідає напруги, відповідно до винаходу в якості напівпро- реальним значенням густини НВЧ потужності, що відникового елементу використана напівпровідни- поступає в ректену, і, відповідно, напруженості кова структура, переважно у вигляді круглої або надвисокочастотного електричного поля, що роз- квазіквадратної в поперечному перетині пластини вивається в хвилеводній лінії, при реально досяж- з однорідно легованого матеріалу з негативною них значеннях потужності НВЧ випромінювання, диференціальною провідністю, яка забезпечена яке поступає з орбітальних / фото-НВЧ- металізованими контактними поверхнями - елект- енергоустановок або транспортується між назем- родами, зверненими до широких стінок відрізка ними пунктами генерації НВЧ потужності і її спо- прямокутного хвилеводу, при цьому один з елект- живачами. родів через введений блокувальний дросель підк- Інтервал величини питомого опору р напівпро- лючений до джерела постійної напруги, другий - відникового матеріалу пластини, що зв'язує конце- до коливального контуру, резонансна частота яко- нтрацію і рухливість носіїв заряду, визначений для го відповідає одній з промислових частот, при всіх відомих до теперішнього часу напівпровідни- цьому електрофізичні параметри напівпровіднико- кових матеріалів групи (арсенід галію, фосфід ін- вого матеріалу, геометричні розміри напівпровід- дію, телурид кадмію і т.д.), технологія виробництва никової пластини і частота перетворюваного НВЧ яких достатньо добре освоєна і в яких може бути сигналу зв'язані співвіддошеннями: реалізовано міждолинне перенесення електронів і прі. -(15..45).1 09 см" негативна диференціальна провідність). 0 (24..95).109 с см Співвідношення між концентрацією електронівThe problem is solved by the fact that in the river domain instability, which ensures the emergence of a device for converting microwave energy into a variable external (at the terminals) negative conductivity current, which contains a semiconductor element, a semiconductor structure. installed in the waveguide segment and connected The specified interval of the longitudinal geometric through the filtering devices to the source of variable size of the semiconductor structure corresponds to the voltage, according to the invention as a semi-real value of the density of the microwave power, that of the element used by the semiconductor- enters the rectenna, and, accordingly, the voltage metal structure, preferably in the form of a circular or ultra-high-frequency electric field, which is quasi-square in the cross-section of the plate, winds in the waveguide line, when it is actually reachable from a homogeneously doped material with negative values of the power of microwave radiation, differential conductivity, which is provided by / photo-microwave - metallized contact surfaces - electric power plants or transported between the nasemrods, facing the wide walls of the section by the points of microwave power generation and its rectangular waveguide, at the same time one with electric generators. types through the introduced blocking choke connected The interval of the value of the specific resistance p is half-open to the source of constant voltage, the second - of the material of the plate connecting the concen- to the oscillating circuit, the resonant frequency of the concentration and mobility of the charge carriers, determined for the corresponding at one of the industrial frequencies, with all known semiconductors, the electrophysical parameters of the semiconductor materials of this group (gallium arsenide, phosphide of another material, geometric dimensions of the semiconductor, cadmium telluride, etc.), nickel plate production technology and the frequency of the converted microwave which are sufficiently well mastered and in which the signal can be connected by correlations: the intervalley transfer of electrons is realized and approx. -(15..45).1 09 cm" negative differential conductivity). 0 (24..95).109 s cm The ratio between the concentration of electrons
Но І -(5..20)мм в напівпровідниковому матеріалі і частотами пере- " " творюваного НВЧ сигналу припускає використову- р.- (02..0,6)Ом. см І | Щ вання двох частот випромінювання - 2450МГЦ і л де по - концентрація носіїв 5800Мгц, виділених Міжнародною комісією по заряду (електронів) в матеріалі пластини, ГІ. - роз- електрозв'язку для використовування в технологі- мір напівпровідникової пластини в напрямі, спів- чних виробництвах і які використовуються розроб- падаючому з напрямом струму (відстань між елек- никами сонячних космічних електростанцій, зва- тродами), р - питомий опір напівпровідникового жаючи на значну радіопрозорість атмосфери для матеріалу, й і їб - частоти НВЧ сигналу, рівні цих частот випромінювання ПЕЕЕ Місгожаме Мад., 24А50МГЦц і 5800МГЦ. 2002, Мо 1, р.36-42; журн. Технологія і конструю-But I - (5..20) mm in the semiconductor material and the frequencies of the converted microwave signal suggest the use of (02..0.6) Ohm. cm I | Scanning of two radiation frequencies - 2450 MHz and l de po - concentration of carriers 5800 MHz, allocated by the International Commission on charge (electrons) in the material of the plate, GI. - electrical connection for use in technology measures of a semiconductor plate in the direction, co-productions and which are used in the development with the direction of the current (the distance between the electronics of solar space power plants, welding rods), p - the specific resistance of the semiconductor due to the significant radio transparency of the atmosphere for the material, y and yb are the frequencies of the microwave signal, the levels of these frequencies of radiation of PEEE Misgozhame Mad., 24А50MHz and 5800MHz. 2002, Mo. 1, p. 36-42; journal Technology and design
Розміщення напівпровідникової структури пе- вання в електронній апаратурі, 2007 Меб, с.12-15). реважне у вигляді круглої або квазіквадратної Перераховані конструктивні особливості при- пластини таким чином, що контактні поверхні ле- строю і вказані взаємозв'язки електрофізичних і жать в площині широких стінок прямокутного хви- геометричних параметрів об'ємної напівпровідни- леводу, електрична компонента в якому для осно- кової структури та параметрів перетворюваного вної моди Ніо лежить в площині поперечного НВЧ сигналу, що одержані в ретельно проведених перетину і паралельна вузьким стінкам хвилеводу, теоретичних і експериментальних дослідженнях, забезпечує колінеарність полів - постійного і над- націлені на те, щоб забезпечити виникнення зов- високочастотного, ефективний контролюючий нішньої (на клемах напівпровідникової структури) вплив НВЧ поля на характер формування елект- негативної провідності і виникнення автоколивань ричної доменної нестійкості в об'ємі напівпровід- в підключеному до напівпровідникової структури ника, у тому числі дає можливість забезпечити коливальному контурі, власні частоти якого відпо- режим, при якому реактивна складова провідності відають загальноприйнятим значенням частот напівпровідникової структури мінімальна і при промислових мереж: 50, 60 і 400Гц, при цьому якому забезпечується необхідне узгодження напі- форма коливань повинна бути максимально на- впровідникової структури з хвилеводною лінією - ближена до синусоїдальної. останнє важливо з погляду отримання високих На Фіг.1 приведена електрична схема при- значень коефіцієнта корисної дії пристрою. строю перетворення НВЧ енергії в змінний струмPlacement of the semiconductor structure in electronic equipment, 2007 Meb, pp. 12-15). important in the form of a round or quasi-square The design features of the plate are listed in such a way that the contact surfaces are smooth and the relationships of the electrophysical and reap in the plane of the wide walls of the rectangular wave- geometric parameters of the volume semiconductor conductor, an electrical component in which for of the frame structure and parameters of the converted Nio mode lies in the plane of the transverse microwave signal, obtained in carefully made sections and parallel to the narrow walls of the waveguide, theoretical and experimental studies, ensures the collinearity of the fields - constant and over-aimed to ensure the occurrence of calls - a high-frequency, effective control of the local (at the terminals of the semiconductor structure) influence of the microwave field on the nature of the formation of the negative conductivity and the occurrence of self-oscillations of the domain instability in the volume of the semiconductor connected to the semiconductor structure, including making it possible to provide an oscillating circuit, the natural frequencies of which correspond to the mode in which the reactive component of the conductivity is known as the generally accepted value of the frequencies of the semiconductor structure is minimal and for industrial networks: 50, 60, and 400Hz, while ensuring the necessary matching of the oscillation form should be the maximum of the semiconductor structure with waveguide line - close to sinusoidal. the latter is important from the point of view of obtaining high In Fig. 1 is shown the electrical diagram of the purpose of the efficiency of the device. system for converting microwave energy into alternating current
Блокувальний дросель, що зв'язує блок пос- промислової частоти, на Фіг.2 приведено графічну тійної напруги з напівпровідниковою структурою, побудову, що ілюструє механізм виникнення зов- служить для запобігання попадання розвинутого в нішньої негативної провідності, на Фіг.3 приведені осцилограми коливань, що виникають в низькоча- ня якого приводить до падіння струму при зрос- стотному коливальному контурі, де 1 - джерело танні напруги, так що вольтамперна характеристи- постійної напруги, 2 - блокувальний дросель, З - ка (ВАХ) напівпровідникової структури має вид відрізок прямокутного хвилеводу, 4 - рухомий ко- спотвореної букви М (М-образна ВАХ) і до виник- роткозамикаючий поршень, 5 - фільтр нижніх час- нення негативної диференціальної провідності, 0 - тот, 6 - напівпровідникова структура, 7 - коливаль- кругова частота, Ії - час. ний контур; М, | - напруга на напівпровідниковій Як неважко показати, середнє значення густи- структурі і струм через неї, Імакс - максимальне () значення струму, Імин - мінімальне значення стру- ни струму "7, що протікає через напівпровіднико- му, От - амплітуда надвисокочастотної напруги, ву структуру за рахунок прикладеного до неї пос- що розвивається в хвилеводі за рахунок поступа- тійного Ї надвисокочастотного напруг може бути ючої НВЧ потужності, Окр - критичне значення на- визначено З інтегрального рівняння: пруги на напівпровідниковій структурі, перевищен- ок () -- Їсп(Оо От сової )дої ЧО. Ї 25) до, гл 0 гл 0 а Ц, сової () сп - 00 От сової бути поліпшена за рахунок підвищення добротнос- так що питома провідність т ; ті контуру, і сучасні технології отримання матеріа- лів з високотемпературною надпровідністю дозво- що є функцією постійної («підпираючої») напруги ляють задовольнити цій умові.The blocking choke connecting the post-industrial frequency block, Fig. 2 shows a graphic of the voltage with a semiconductor structure, a construction that illustrates the mechanism of the formation of zov- serves to prevent the negative conductivity developed in it from entering, Fig. 3 shows the oscillograms of oscillations , which occur in the low voltage of which leads to a drop in the current during the increasing oscillating circuit, where 1 is a low-voltage source, so that the volt-ampere characteristic is a constant voltage, 2 is a blocking choke, Z - the (VAX) of the semiconductor structure has the form of segments of a rectangular waveguide, 4 - movable co-distorted letter M (M-shaped IAC) and to the arising-closer piston, 5 - filter of lower frequencies of negative differential conductivity, 0 - tot, 6 - semiconductor structure, 7 - oscillatory circular frequency , Ii - time. nth contour; M, | - the voltage on the semiconductor As it is not difficult to show, the average value of the density structure and the current through it, Imax - the maximum () value of the current, Imin - the minimum value of the string of current "7 flowing through the semiconductor, Ot - the amplitude of the ultra-high-frequency voltage, in the structure due to the applied to it, which develops in the waveguide due to translational ultra-high-frequency voltage, there may be microwave power, Okr - the critical value is determined from the integral equation: stripes on the semiconductor structure, the excess () -- Ysp(Oo Ot sovoya )doi CHO. Y 25) to, hl 0 gl 0 a Ts, sovoya () sp - 00 Ot sovoya to be improved due to increasing the Q-factor - so that the specific conductivity t ; those of the circuit, and modern technologies for obtaining matter - films with high-temperature superconductivity, which is a function of constant ("supporting") voltage, can satisfy this condition.
Шо і надвисокочастотної напруги Отсо5ої, є нега- Оскільки негативна диференціальна провід- тивною при великих амплітудах надвисокочастот- ність для найбільш освоєного промисловістю ма- ної напруги, і напівпровідникова структура володіє теріалу - арсеніду галію (в Україні виробництво зовнішнім (на клемах) негативним опором, причо- матеріалу освоєно АТЗТ «Чисті метали» м. Світ- му негативним є як статичний, так і диференціаль- ловодськ Кіровоградської області) охоплює діапа- ний опір. зон електричних полів до ЗОкВ/см, то для напівп-Sho and ultra-high-frequency voltage Otso5oi, is a negative Since the negative differential conductive at large amplitudes ultra-high-frequency for the most developed by the industry of mine voltage, and the semiconductor structure has terial - gallium arsenide (production in Ukraine) external (at the terminals) negative resistance, the material was mastered by JSC "Pure Metals" in the city of The world is negative, both static and differential- (Lovodsk, Kirovohrad region) covers the diaphanous resistance. zones of electric fields up to ZOkV/cm, then for semi-
Тому, якщо до напівпровідникової структури, ровідникової структури з подовжнім розміром володіючої зовнішньою негативною провідністю, 10мм, встановленої у відрізку хвилеводу знижено- підключити коливальний контур, на ньому можна го перетину (з поперечними розмірами 90х22,5мм? одержати напругу на резонансній частоті контуру, на частоті 2450Мгц) при забезпеченні надійного у тому числі на промислових частотах. тепловідводу від напівпровідникової структуриTherefore, if an oscillating circuit is connected to a semiconductor structure, a channel structure with a longitudinal dimension of 10 mm having an external negative conductivity, installed in a section of the waveguide, it is possible to cross it (with transverse dimensions of 90x22.5 mm) to obtain a voltage at the resonant frequency of the circuit, on frequency 2450 MHz) while ensuring reliable, including at industrial frequencies. heat removal from the semiconductor structure
Проведені дослідження експериментальних можливе перетворення НВЧ сигналу потужністю зразків перетворювача, в яких джерелами НВЧ до 500кВт при коефіцієнті корисної дії 80-9095. На- сигналу частотою 2450Мгц служили магнетрони віть якщо для забезпечення надійного функціону- типа СА М-1, що випускаються вітчизняною елект- вання пристрою шляхом запобігання електричних ронною промисловістю - Державним підприємст- пробоїв в напівпровідниковій структурі при неод- вом «Генератор» ВО «Октава»; напівпровідникові норідному розподілі електричного поля вхідну НВЧ структури виготовлялися з монокристалічного ар- потужність обмежити 100кВт, то і в цьому випадку сеніду галію фірми Мопзапіо (США) з ретельно матрицю з декількох сотень послідовно- вимірюваними параметрами - концентрації і рух- паралельно з'єднаних випрямуючих діодів з бар'є- ливості електронів; металеві контактні поверхні ром Шоттки по пристрою-прототипу в практичних (електроди) до структур виготовлялися плазмо- реалізаціях ректени можливо замінити одним мо- конденсатним методом (журн. Прилади і техніка дулем-перетворювачем по винаходу, що заявля- експерименту, 1972, Мо3, с.243-245, авт. Погорілий ється.Conducted experimental studies of the possible transformation of a microwave signal by the power of converter samples, in which the microwave sources are up to 500 kW with an efficiency of 80-9095. The 2450 MHz signal was served by magnetrons, even if to ensure reliable functioning - type SA M-1, produced by the domestic electrification of the device by preventing breakdowns in the semiconductor structure by the electronic industry - the State Enterprise of the "Generator" VO "Octava" "; to the semiconductor source distribution of the electric field, the input microwave structures were made of single-crystal ar- the power is limited to 100 kW, then in this case also gallium cenide of the Mopzapio company (USA) with a carefully matrix of several hundreds of serially-measured parameters - concentration and movement- of parallel-connected rectifier diodes from electron permeability; Schottky's metal contact surfaces according to the prototype device in practical (electrodes) structures were made in plasma implementations of rectenes, it is possible to replace one mo- condensate method (journal. Instruments and Techniques with a nozzle-transducer according to the invention that declares-experiment, 1972, Mo3, p. .243-245, author Pogoreliy yetsya.
В.А. і др.Ї; рухомий короткозамикаючий поршень, Можливе паралельне з'єднання модулів- що служить для узгодження напівпровідникової перетворювачів, причому щоб уникнути перевід- структури з хвилеводною лінією і забезпечення битку НВЧ потужності від неповністю злагодженої високої фіксуючої здатності пристрою, виготовляв- з хвилеводною лінією напівпровідникової структу- ся за технологією, представленою в а. с. СРСР ри, перетворювач може бути побудований по мос-V.A. and others; movable short-circuiting piston. It is possible to connect the modules in parallel, which serves to align the semiconductor converters, and to avoid the transfer of the structure with the waveguide line and to ensure the microwave power bit from the incompletely matched high fixing ability of the device, manufactured with the waveguide line of the semiconductor structure according to technology presented in a. with. USSR, the converter can be built according to the
Мо1427445, бюл. Ме36б, 1988, авт. Соколовський І.І. товій схемі, а частина НВЧ потужності, що не бере і ін., в цілому підтвердили основні положення, що участь в перетворенні в струм промислової часто- задекларовані у винаході. ти, в мостовій схемі може бути перетворена без-Mo1427445, blvd. Me36b, 1988, author. Sokolovsky I.I. scheme, and a part of the microwave power that does not take etc., in general, confirmed the basic provisions that participation in the transformation into a current of industrial frequency- declared in the invention. you, in the bridge circuit can be transformed without-
На Фіг.3 представлені осцилограми напруг, що посередньо в тепло, що забезпечує, таким чином, розвинулися в коливальному контурі на частоті повне використовування НВЧ потужності, що пос- 50Гу (верхня осцилограма) і на частоті 60Гц (ниж- тупає з орбітальної фото-НВЧ-енергоустановки. ня осцилограма), при цьому при конструюванні Розроблений перетворювач НВЧ потужності в контуру останній був оптимізований по величині струм промислової частоти, як і космічна фото- власної добротності на частоті 50Гц, а його функ- НВЧ-енергетика в цілому, має величезний потен- ціонування на частоті б0Гц (американський стан- ціал розвитку: використовуючи інтенсивний потік дарт) забезпечувалося регулюванням величини сонячного випромінювання, існуючий на геостаці- індуктивності цього ж контуру. онарній орбіті (більше 1,4кВт/м2) з високим змістомFig. 3 presents oscillograms of the voltages, which indirectly into the heat, which thus provides, developed in the oscillating circuit at a frequency of full use of microwave power, which is 50 Hu (upper oscillogram) and at a frequency of 60 Hz (descending from the orbital photo- microwave power plants. oscillogram), while during the design The developed microwave power converter in the circuit the latter was optimized in terms of the current of the industrial frequency, as well as the cosmic photo- self-Q factor at a frequency of 50Hz, and its func- Microwave energy as a whole, has a huge potentiation at the frequency b0 Hz (American development station: using an intense stream of darts) was provided by adjusting the amount of solar radiation existing on the geostationary inductance of the same circuit. onary orbit (more than 1.4 kW/m2) with high content
Як видно, форма коливань на обох частотах ділянок спектру, ефективно перетворюваних в максимально наближена до синусоїдальної і може електрику, вдається передавати одержану енергію на поверхню Землі безперервно - незалежно від нтність випромінювання яких дозволяє формувати часу доби і погодних умов. За рахунок нахилу ек- високоіїнтенсивні пучки НВЧ випромінювання від ваторіальної площини до площини екліптики під множини таких джерел за технологією фазованих кутом 23,57 космічна платформа на геостаціонар- антенних решіток і точно направляти їх на Землю. ної орбіті з відповідним чином розміщеними фото- Україна має ракетно-космічну галузь з технологія- електричними перетворювачами постійно освітле- ми розгортання в космосі великогабаритних об'єк- на потоком сонячної радіації і лише в невеликі тів, і хоча комерційні проекти вимагають створення періоди часу (поблизу днів весняного і осіннього ракетоносіїв нового типу, в даний час з викорис- рівнодення, що складають менше 195 від загальної танням існуючих засобів доставки вантажів на гео- тривалості року і ці дні можуть бути легко перед- стаціонарні орбіти можна накопичити значний тех- бачені) космічна платформа потрапляє в тінь Зем- нологічний досвід і підготувати основу для лі. формування комерційних фотоелектричних енер-As can be seen, the form of oscillations at both frequencies of the spectrum sections, effectively converted into as close as possible to sinusoidal and can electricity, manages to transmit the received energy to the surface of the Earth continuously - regardless of the radiation which allows to form the time of day and weather conditions. Due to the inclination of high-intensity microwave radiation from the vatorial plane to the ecliptic plane under the set of such sources using the technology of phased angle 23.57 space platform on geostationary antenna arrays and accurately direct them to the Earth. ny orbit with appropriately placed photo- Ukraine has a rocket and space industry with technology- electrical converters constantly illuminated deployment of large-sized objects in space with the flow of solar radiation and only in small tives, and although commercial projects require the creation of periods of time ( near the days of the spring and autumn rocket carriers of a new type, currently in use, accounting for less than 195 of the total melting of existing means of delivering goods on the geo- duration of the year and these days can be easily pre-stationary orbits can accumulate significant tech- seen) the space platform falls into the shadow Geological experience and prepare the basis for the li. formation of commercial photovoltaic energy
В Україні освоєно серійне виробництво фото- гетичних систем. електричних перетворювачів (НВО «Квазар», Ки- Розроблений перетворювач НВЧ енергії в їв), працездатних в умовах відкритого космосу, струм технічної частоти може виявитися корисним магнетронів - важливого компоненту космічних і на всіх стадіях становлення сонячної космічної фото-НВЧ-енергоустановок - з вихідною потужніс- енергетики. тю 6 кВт (типу ША М-3, ВО «Октава», Київ), когере- ка 2 5Serial production of photo-getic systems has been mastered in Ukraine. electric converters (NVO "Kvazar", Ky- The developed converter of microwave energy in ev), capable of working in open space conditions, the technical frequency current can be useful magnetrons - an important component of space and at all stages of the formation of solar space photo-microwave power plants - with an output power and energy. unit 6 kW (type SHA M-3, VO "Octava", Kyiv), cogerek 2 5
Кіш тонни -ї ЗKish tons of Z
КЕ Ж ГІ ЯWhat the hell?
Ів / А м КІ ЯIv / A m KI Ya
Ривч ' ШЕ: нан ПІН г г | Ов т ! я ! іRyvch ' SHE: nan PIN g g | Ov t! I ! and
І ; ії е ; : К. ОК нно ми і Ї ння керенннння !And ii e ; : K. OK nno we and Yi nia kerennnnnnia!
Ї дюн птн тт жетон нс пд пеню тя жало пня паля дано пт пал чан чання чання Я фіг. 1 і макс т и ! і ї їй Ї лише сш ші ул С;Yi dune ptn tt token ns pd penyu tia jalo pnia pya given pt pal chan channia channia I fig. 1 and max t i ! and і her І only ssh shi ul S;
ТУШ деглни нини ий "Укр Гл дон Нк ї ша -- рр . тов - і ОХ и Оротх іTUSH deglny niny y "Ukr Gl don Nk i sha -- yr. tov - i Okh i Oroth i
Фіг. йFig. and
Її нн в с; 1Her nn in s; 1
У У. няIn U. nya
ІОВIOV
ІРО с; о в о о і її сIRO with; o in o o and her c
ПОON
КО Ко ек нн и и 5. фіг.KO Ko ek nn i y 5. fig.
Комп'ютерна верстка Л. Купенко Підписне Тираж 26 прим.Computer layout L. Kupenko Signature Circulation 26 approx.
Міністерство освіти і науки УкраїниMinistry of Education and Science of Ukraine
Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, УкраїнаState Department of Intellectual Property, str. Urytskogo, 45, Kyiv, MSP, 03680, Ukraine
ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601SE "Ukrainian Institute of Industrial Property", str. Glazunova, 1, Kyiv - 42, 01601
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAA200815171A UA92531C2 (en) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | Device for conversion of shf energy to industrial-frequency alternating current |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAA200815171A UA92531C2 (en) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | Device for conversion of shf energy to industrial-frequency alternating current |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA92531C2 true UA92531C2 (en) | 2010-11-10 |
Family
ID=50739674
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UAA200815171A UA92531C2 (en) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | Device for conversion of shf energy to industrial-frequency alternating current |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
UA (1) | UA92531C2 (en) |
-
2008
- 2008-12-29 UA UAA200815171A patent/UA92531C2/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Brown et al. | Milliwatt output levels and superquadratic bias dependence in a low‐temperature‐grown GaAs photomixer | |
Lemke et al. | Theory and simulation of high‐power microwave generation in a magnetically insulated transmission line oscillator | |
CA1039797A (en) | Electron beam electrical power transmission system | |
CA2647385C (en) | Energy collection system using a collection device suspended from a support structure | |
Shinohara et al. | Dependence of dc output of a rectenna array on the method of interconnection of its array elements | |
Wu et al. | The test of a high-power, semi-insulating, linear-mode, vertical 6H-SiC PCSS | |
Raza et al. | Analysis the effect of 500kv high-voltage power transmission line on the output efficiency of solar-panels | |
Aamodt et al. | Thermionic emission from molybdenum in vapors of cesium and cesium fluoride | |
US5861701A (en) | Charged-particle powered battery | |
Lewellen et al. | Space-borne electron accelerator design | |
UA92531C2 (en) | Device for conversion of shf energy to industrial-frequency alternating current | |
Bellucci et al. | Upgrade and present limitations of solar thermionic-thermoelectric technology up to 1000 K | |
Schock | Effect of magnetic fields on thermionic power generators | |
Trupke et al. | Fundamental limits of solar energy conversion | |
Hargreaves | Depressed collector performance on the NRL quasioptical gyrotron | |
Gorji et al. | Auger generation effect on the thermodynamic efficiency of Cu (In, Ga) Se2 thin film solar cells | |
Adama et al. | Individual energetic processes efficiencies in a polycrystalline silicon PV cell versus electromagnetic field | |
RU2716266C1 (en) | Method of producing electric current | |
Achard et al. | The use of CVD diamond for high-power switching using electron beam exitation | |
RU2119691C1 (en) | Cyclotron converter of microwave power | |
Gaye et al. | Effect of irradiation on the transient response of a silicon solar cell | |
CN101997445A (en) | Efficient heat energy generator | |
Himanshu | Chapter Developments in Wireless Power Transfer Using Solar Energy | |
Jun-Tao et al. | A new low-impedance high power microwave source | |
RU2471284C2 (en) | Method to produce power |