Перестраиваемый генератор и способ его настройки

 

Изобретение относится к радиотехнике. С целью обеспечения оптимальных диапазонных и энергетических характеристик при механической и электрической перестройке частоты генератор выполнен в виде трех секций, в первой из которых установлен генераторный диод, во второй секции - варакторный диод с короткозамыкающим поршнем, а в третьей секции - регулировочный элемент, который выполнен в виде дополнительного отрезка волновода с поршнем . Способ настройки генератора заключается в том, что настройка трех волноводных секций проводится раздельно, при этом настройка первой секции в полосе механической перестройки частоты осуществляется короткозамыкающим поршнем с модулем коэффициента отражения 0,5 /Г/ 0,6, настройка второй секции в полосе электрической перестройки частоты осуществляется до получения значений fto- дуля и фазы коэффициента отражения соответственно /Г/ 0,5, , а окончательная настройка генератора осуществляется третьей секцией перемещением дополнительного поршня. 2 с.п. ф-лы, 4 ил С/ с

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 03 В 7/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ..Ф

1 s: < e! ) .б

" i

IQ

1

О

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ О (21) 4768590/09 (22) 11.12.89 (46) 15.08.92. Бюл. М 30 (71) Институт радиофизики и электроники

АН АрмССР (72) Р.С,Авакян и А.Л.Таубе (56) ЕПВ/ЕР/51

М 01104781, кл. Н 03 В, 9/14, 13.06.84. (54) ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ. ГЕНЕРАТОР И

СПОСОБ ЕГО НАСТРОЙКИ (57) Изобретение относится к радиотехнике.

С целью обеспечения оптимальных диапазонных и энергетических характеристик при механической и электрической перестройке частоты генератор выполнен в виде трех секций, в первой из которых установлен генераторный диод. во второй секции - варакторный диод с короткозамыкаЮщим поршнем, а в третьей секции — регулировоч Изобретение относится к области радиотехники СВЧ, точнее к твердотельным генераторам СВЧ с варакторной перестройкой частоты, и может быть использовано в радиоизмерительной технйке, технике средств связи в качестве гетеродйна с перестройкой частоты или перестраиваемого задающего генератора.

Известны твердотельные генераторы. состоящие из генераторного и варакторного диодов, расположенных в резонансной

СВЧ-системе, перестройка которых ограничена свойствами конструктивных элементов

СВЧ-системы.

Известны также твердотельные СВЧ-генераторы, состоящие из генераторного и варакторного диодов, включенных каждый в свой собственный внутриволноводный радиальный резонатор, и короткозамыкателя

„„. Ж„„1755358 А1

2 ный элемент, который выполнен в виде дополнительного отрезка волновода с поршнем. Способ настройки генератора заключается в том, что настройка трех волноводных секций йроводится раздельно, при этом настройка первой секции в полосе механической перестройки частоты осуществляется короткозамыкающим поршнем с модулем коэффициента отражения

0,5 /Г/ 0,6, настройка второй секции в полосе электрической перестройки частоты осуществляется до получения зйачений Модуля и фазы коэффицйента отражения соответственно /Г/ 0.5; иЛ р О а

1 окончательная наСтройка генератора осуществляется третьей секцией перемещением дополнительного поршня. 2 с,п. ф-лы, 4 ил. в основном волноводе. В этом случае рабочая частота генератора тесно связана с резонансной нерегулируемой частотой собственных колебаний радиального резонатора, а строго контролируемое положение короткозаMblK378ля на расстоянии целого числа полуволн равносильно закорачиванию по ВЧ-полю плоскости включения варактора и резко сужает полосу электрической перестройки частоты. Настройка подобных генераторов сводится к подбору геометрических размеров радиальных резонаторов для получения. генерации на требуемой центральной частоте и подбору активных и варакторных диодов, при кото-, рых реализуются Гнергетические и диапазонные характеристики генератора, При этом требования, предъявляемые к вараторам, не ясны, так как варактор включен в

1755358 частоты, степень связи резонатора активного элемента с варактором, а также измене- 25 ние полосы электрической перестройки

55 резонансный колебательный контур и его реактивные параметры (в том числе и коэффициент перекрытия по емкости} трансформируются радиальным резонатором, Наиболее близким по технической сущности является твердотельный генератор

СВЧ, содержащий гейераторный и варакторный диоды, расположенные вдоль оси волчовода на расстоянии приблизительно равном целому числу полуволн, короткозамыкающий поршень, расположенный на некотором расстоянии от варакторного диода, и шлейф в широкой стенке волновода, в котором располагается короткозамыкающий штырь, причем данный шлейф включен в той же плоскости поперечного сечения волновода, что и варакторны1л диод, напряжение смещения на который подается бесштыревым способом через держатель диода, В известном генераторе с варакторной перестройкой настройка осуществляется следующим образом: изменение рабочей производятся изменением расстояния от короткозамыкателя в основном волноводе до варактора; изменение положения штыря в шлейфе позволяет изменять рабочую частоту генератора механическим с особом, без сильного влияния на диапазон электрической пеоестройки частоты.

Недостаток данного устройства заключается в том, что существует лишь одно оптимальное положение короткозамыкающего поршня в основном волноводе при определе;-:. ой высоте расположения варактора в волноводе, при котором реализуется максимальная полоса электрической перестройки частоты, Совместным изменением положения короткозамыкающего поршня и высоты положения варактора в волноводе при определенном положении поршня в шлейфе достигается оптимизация диапазонных и электрических характеристик генератора, а дальнейшее изменение любого из подстроечных узлсв приводит к резкому изменению как полосы перестройки, так и выходной мощности в полосе электрической перестройки.

Другим недостатком данного устройства является то, что шлейф с короткозамыкающим штырем расположен в той же плоскости поперечного сечения волновода, что и варактор, При выбранном расположении варактора и короткозаяыкающего поршня в основном волноводе изменение положения короткозамыкателя в шлейфе изменяет картину электромагнитного поля

30

40 в основном волноводе, что приводит к изменению связи системы варактор-короткозамыкатель в основном волноводе с генераторным диодом, Вследствие этого при изменении положения короткозамыкателя в шлейфе изменяется не только рабочая частота, но и диапазон электрической перестройки и выходная мощность в диапазоне перестройки.

Недостатком способа настройки генератора является отсутствие возможности дискретной настройки варакторного и генераторного диода и вследствие этого отсутствие возможности определения требований, предьявляемых к ним для достижения максимальных энергетических и диапазонных характеристик, Цель изобретения — обеспечение оптимальных диапазонных и энергетических характеристик при механической и электрической перестройке частоты генерации; расширение диапазона электрической и механической перестройки частоты в области оптимальных энергетических характеристик перестраиваемого генератора.

Поставленная цель достигается тем, что в генераторе СВЧ с варакторной перестройкой частоты, содержащем отрезок прямоугольного волновода с раположенными в нем генераторным и варакторным диодами, расстояние между осями которых составляет целое число полуволн, короткозамыкающий поршень, установленный на

Ая расстоянии = — (2п-1) от варакторного диода, где 1в — на волны в волноводе на центральной частоте полосы перестройки, и =- 1, 2, 3„., и регулируемый элемент, расположенный между генераторным и варакторным диодами — отрезок прямоугольного волновода, выполнен в виде трех секций: генераторной секции, варакторной секции и секции и регулировочным элементом, который выполнен в виде дополнительного отрезка волновода с дополнительным короткозамыкающим поршнем и установлен в поперечном сечении отрезка прямоугольного волновода, В способе настройки перестраиваемого генератора, включающем перемещение короткозамыкающего поршня в отрезке прямоугольного волновода и перемещение дополнительного короткозамыкающего поршня в дополнительном отрезке волновода, изменение высоты расположения генераторного и варакторного диодов вдоль вертикальной оси отрезка прямоугольного волновода, настройка трех волноводных секций проводится раздельно, При этом на1755358 нию электрической длины линии передачи между диодами . В представлении варакторной секции в качестве перестраивающего поршня, управляемого напряжением, измеществляется третьей секцией перемещением допол нительного короткозамыкающего поршня.

Эти признаки обеспечивают воэмож- нение электрической длины линии между диодами соответствует изменению положенаряду с электрической перестройкой частоты. генерации с сохранением оптимальных энергетических и диапазонных ния данного перестрайвающего поршня, что приводит к изменению частоты генера- ции, Поэтому изменяя положение короткохарактеристик в области максимально воз- замыкателя в дополнительной секции, достигают воэможности перстраивать механически частоту в области максимальных энергетических характерйстик, полученных при дискретных настройках генераторного и варакторного диодбв, так как при этом не ясняется следующим образом, Дискретная настройка варакторного диода позволяет представить волноводную секцию с варакторным диодом в виде аналога перестраивающего поршня для генера- 25 изменяются основные факторы, влияющие торной секции. При этом представлении на полосу перстройки и выходную мощваракторная секция может характеризо- ность, а именно модуль и изменение фазы ваться уже не параметрами собственно ва- коэффициента отражения оТ варакторной рактора; такими как коэффициент секции, перекрытия; предпробивная емкость, до- 30 На фиг,1 и 2 изображены конструкцйи бротность и т.д., которые после установки генераторов-прототипов; на фиг.3 — констварактора в ВЧ-цепь трансформируются руктивное выполнение заявляемого устройэлементами монтажа дйода в корпус и эле- -ства; на фиг,4 - схема измерения ментами его включения в 8Ч-цепь и уже не параметров варакторной секции . могут контролироваться и оптимизировать- 35 Генератор С8Ч, конструкция которого ся, а может характеризоваться параметра- представлена на фиг.3, состоит из генераторной секции 1, варакторной:секции 2, вол ми, легко доступными к измерению и настройке-модулемифазой коэффициента новодной секции с короткоэамкнутым отражения от нее, что в конечном итоге on- поршнем в поперечном сечении волновода

3 и короткозамыкающим поршнем в основи выходную мощность в диапазоне пере- ном волноводе 4. Генераторная и варакторстройки. Дискретная настройка генератор- ная секции конструктивно выполнены ной секции позволяет изменять идентично и включают индуктивный штырь питания 5, оксйдированную втулку 6 и шайгеометрические размеры элементов соглабу из поглощающего материала 7, которая метр и длину штыря питания, глубину совместно с втулкой 6 представляет собой коаксиально-волноводного перехода), профильтр питания, 8 секциях под штырями установлены генераторный 8 и варакторный

9 диоды. Между генераторной и варакторной секциями установлена дополниРасположение короткозамыкающего тельная секция с дополнительным поршня в основном волноводе на расстоя- короткозамыкающим поршнем 10. Êîи роткозамыкающий поршень в основном нии I = — 4(2ï-1) исключает шунтирующее волноводе устанавливается на расстоявлияние реактивного сопротивления со сто-. 55 1 Ъ нии 1 = (2n-1) от оси варакторного диРо ОР (Р 4 (и ) 1х ) ода (c учетом реактивности штыря питания).

/ на дибпаэой изменения реактивного сопротивления варактора и увеличивает коэффиской перестройки частоты осуществляется короткозамыкающим поршнем с модулем коэффициента отражения 0,5 Г! 5 0,6, настройка второй секции в полосе электрической перестройки частоты осуществляет- 5 ся до получения значения модуля и фазы коэффициента отражения соответственно:

trl 0,5 и Ьp > -, а окончательная наX стройка перестраиваемого генератора осу- 10 ность механической перестройки частоты 15 можных величин этих характеристик; что по- 20 ределяет величину диапазона перестройки 40 сования импеданса диода и ВЧ-цепи (диа- 45 извести настройку генераторной секции на максимальную мощность в требуемой полосе электрической перестройки частоты. 50 циент включения варактора в ВЧ-цепь

Включение между генераторной и варакторной секциями дополнительной волноводной секции с короткозамкнутым поршнем в поперечном сечении волновода равносильно включению в линию передачй между варакторным и генераторййм диодами последовательного реактивного сойротивления, что, в свою очередь, эквивалентно измене1755358

Устройство работает и настраивается следующим образом.

Генераторный диод устанавливается в секцию, перестройка которой осуществляется перестраивающим поршнем с величиной коэффициента отражения на выходе, лежащей в пределах 0,5 (Г 0,6, Перемещая поршень, измеряют полосу механической перестройки и выходную мощность в полосе, Изменяя диаметр и длину штыря питания, а также величину коэффициента отражения от поршня, добиваются получения максимальных значений выходной мощности и полосы перестройки, Устанавливают варакторный диод в секцию и помещают за ней короткозамыкающий поршень на расстоянии I до оси диода на центральной частоте полосы перестройки.

Присоединяют секцию с короткозамыкающим поршнем к трактату (фиг.4). Устанавливают частоту генерации генератора стандартных сигналов равной центральной частоте полосы перестройки, изменяя напряжение на варакторе, измеряют фазу и коэффициент отражения от варакторной секции, Изменяя длину штыря питания и его диаметр, добиваются максимального значения коэффициента отражения от варакторной секции и максимального значения изменения его фазы, При этом коэффициент отражения должен быть больше ) Г > 0,5 и

Л изменение фазы h, р = - -, Присоединяют варакторную секцию с короткозамыкателем к генераторной секции, устанавливая между ними дополнительную секцию с дополнительным короткозамыкающим поршнем.

Изменяя напряжение на варакторном диоде, изменяют полосу генерации и выходную мощность, При этом выбирают оптимальное положение дополнительного короткозамыкателя в дополнительной секции, при котором полоса перестройки и выходная мощность максимальны. Механическая перестройка генератора осуществляется изменением положения короткозамыкателя дополнительной секции без значительного ухудшения выходных характеристик генератора, так как полоса перестройки определяется только изменением фазы коэффициента отражения от варакторной секции, а выходная мощность — модулем! П; которые настраивались независимо, Предложенная конструкция генератора и способ его настройки по сравнению с прототипом обеспечивают следующие преимущества: варакторную перестройку частоты генератора в области максимальных энергетических характеристик генераторного дио55 проводится раздельно, при этом настройка первой секции в полосе механической перестройки частоты осуществляется короткозамыкающим поршнем с модулем коэффициента отражения 0,5< 1 Г1 0,6, 10

50 да; (возможность варакторной и механической перестройки частоты генерации при сохранении оптимальных диапазонных õàрактеристик генератора; реализацию максимальных потенциальных возможностей генераторного и варакторного диодов, благодаря раздельной настройке и оптимизации генераторной секции; качественную отбраковку генераторного и варакторного диодов благодаря введению требований, предьявляемых к ним и измерению их параметров в режимах, близких к рабочим, Формула изобретения

1. Перестраиваемый генератор, содержащий отрезок прямоугольного волновода, в котором расположены генераторный диод, варакторный диод, короткозамыкающий поршень, установленный на

Лв расстоянии (2n-1) от варакторного дио4 да, где Лц — длина волны в отрезке прямоугольного волновода, и регулируемый элемент, расположенный между генераторным и варакторным диодами. о т л и ч а ю -. шийся тем, что, с целью обеспечения оптимальных диапазонных и энергетических характеристик при механической и электрической перестройке частоты, отрезок прямоугольного волновода выполнен в виде трех секций, в первой из которых установлен генераторный диод, во второй секции установлен варакторный диод с короткозамыкающим поршнем, а в третьей секции установлен рагулировочный элемент, который выполнен в виде дополнительного отрезка волновода с дополнительным короткозамыкающим поршнем и установлен в поперечном сечении отрезка прямоугольного волновода.

2. Способ настройки перестраиваемого генератора, включающий перемещение короткозамыкающего поршня в отрезке прямоугольного волновода, дополнительного короткозамыкающего поршня в дополнительном отрезке волновода, изменение высоты расположения генераторного и варакторного диодов вдоль вертикальной оси отрезка прямоугольного волновода, о тл и ч а ю шийся тем; что, с целью расширения диапазона электрической и механической перестройки частоты в области оптимальных энергетических характеристик перестраиваемого генератора, настройка трех волноводов секций

1755358

10 настройка второй секции в полосе электрической перестройки частоты осуществляется до получения эначений модуля и фазы коэффициента отражения соответк ственно I Г I 0 5 и hp > а окончательная настройка перестраиваемого генератора осуществляется третьей секцией перемещением дополнительного короткоэамыкающего параня;

1755358

Составитель Р, Авакян

ТехРед M,ÌîÐãåíòàë КоРРектоР Ц Щабаев

Редактор И. Касарда

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2898 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5