Генератор

 

Использование изобретение относится к СВЧ радиотехнике и может быть использовано в качестве перестраиваемого генератора в аппаратуре различного назначения . Сущность изобретения: в генератор, содержащий объемный цилиндрический резонатор Нои с подвижной первой торцевой стенкой, в который с помощью первого эле- , мента Увязи, включен активный полупроводниковый элемент, и первой варактор, введены второй элемент связи, второй варактор и первая и вторая петли связи. При этом первый и второй варактор ы установлены на второй торцевой стенке, второй элемент связи установлен на боковой стенке резонатора, а первая й вторая петли связи являются обеспечивающими связь первого и второго варакторов с резонатором соответственно . 5 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 03 В 7/14

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4797423/09 (22) 04.01.90 (46) 15.12.92, Бюл. М 46 (71) Государственный научно-исследовательский институт радио (72) Н.М,Шварев (56) EflB N 0110 478, Н 03 В 9/14, оп.1983 .

Kohlyama et ai. 20С-400M Digital RadioRelay System Repeater, "Review of the

Electrical Communication Laboratories", v.

24, N 7-8, 1976, рр. 552-572, (54) ГЕНЕРАТОР (57) Использование: изобретение относится к СВЧ радиотехнике и может быть использовано в качестве перестраиваемого генеИзобретение относится к области СВЧ радиотехники и может быть использовано в аппаратуре различного назначения, в том числе в высокостабильных СВЧ генераторах со схемой, ФАПЧ для передачи цифровой информации по радиорелейным и спутниковым линиям связи.

Известен перестраиваемый генератор, содержащий генераторный и варакторный диоды, размещенные в виде единого блока внутри резонатора,- Механическая перестройка частоты генератора производится с помощью подвижной металлической втулки, надетой на стержень для подачи напряжения к варакторному диоду.

Недостатки известных резонаторов— низкая температурйэя стабильность частоты и значительный уровень фазовых шумов— обусловлены невысокой добротностью используемых резонаторов, которая еще бо Ж Ä 1781812 А1 ратора в аппаратуре различного назначения. Сущность изобретения; в генератор, содержащий объемный цилиндрический резонатор Но>> с подвижйой первой торцевой стенкой, в который с помощью первого эле Ц ! мента связи, включен активный полупро,водниковый элемент, и перв и варактор. введены второй элемент связи,.второй варактор и первая и вторая петли связи. При этом первый и второй варакторы установлены на второй торцевой стенке, второй эле-. мент связи установлен ва боКовой стенке резонатора, а первая и вторая петли связи являются обеспечивающими связь первого и второго варэкторов с резонатором соответственно. 5 ил. с лее снижается из-за сильной связи с варактором, В современной айпэратуре связи, где необходимо обеспечить высокую стабильность частоты и низкие фазовые шумы, используют СВЧ генераторы, стабилизированные высокодобротными цилиндрическими объемными резонаторами с рабочим колебанием Но>>. Собственная добротность таких резонаторов в 3 см диапазоне составляет около 15000-20000.

Известен СВЧ перестраиваемый генератор, содержащий генераторный диод внутри прямоугольного волновоДа и.цилиндрический объемный резонатор Но11, связанный с волноводом двумя отверстиями в торцевой стенке. Кроме того, в состав генератора входит варакторный диод, установленный в отдельном волноводном объеме, связанном с резонатором отверстием в ци3

1781812

2,...... где I1. и Ig. длина резонатора на нижней и верхней частотах диапазона механической перестройки; 1 1

55 линдрической стенке. При изменении напряжения смещения на варакторе происходит небольшая электрическая перестройка частоты генератора, которая используется для создания частотной модуляции в канале 5 служебной связи РРС. в состав которой входит данный СВЧ генератор.

Данное устройство наиболее близко к заявляемому по технической сущности и выбрано в качестве прототипа, 10

Недостатком прототипа является узкополосность, которая проявляется в том, что при изменении Частоты осйовного цилиндрического резойатора механическим путем надо тщательно перенастраивать и волно- 15 водный объем, в котором установлен варактор. Перенастройка затрудняется тем, что необходимо предпринимать меры для подавления паразитных колебаний внутри цилиндрического резонатора и особенно 20 опасного иэ них колебания Е111, имеющего одинаковую критическую частоту с рабочим колебанием Но11. Таким образом, прототип имеет электрическую перестройку только вблизи одной частоты, на которую он пред- 25 варительно настроен. Другими словами, электрическая перестройка не обесйечена в широком интервале механйческой перестройки частоты, 30

Целью изобретения является обеспечение электрической перестройки частоты в широком диапазоне механической перестройки при выравниванйй выходной мощности генератора. 35

Поставленная цель достигается тем, что в перестраиваемый СВЧ генератор, содержащий объемный цилиндрический резонатор с рабочим колебанием Нр>> с подвижйой и неподвижной торцевыми стенками, свя- 40 занный через отверстие связи с активным полупроводниковым прибором, и первый варактор, согласно изобретению введены второй варактор и две идентичные петли связи Йри этом оба варактора размещены 45 на неподвижной торцевой стенке резонатора; отверстие связи" Bblèолнено в цилиндрической стейке резонатора на расстоянии Хр от неподвижной торцевой стенки, определяемом из соотношения: 50

Ь" (Л хо ) 1 ххо

01 и 02 — внешняя нагруженная добротность резонатора на нижней и верхней частотах, определенная при условии размещения отверстия связи посредине между торцевыми стенками резонатора на той и другой частотах, петли связи расположены на расстоянии

0,48 R (R — радиус резонатора) от продольной осевой линии резонатора, осесимметрично и на одинаковом расстоянии от отверстия связи и ориентированы по направлению круговой линии, при этом начало каждой петли электрически соединено с неподвижной торцевой стенкой, а к концу каждой петли подсоединен соответствующий вара кто р.

Сопоставительйый анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение содержит новые элементы и взаимосвязи и, таким образом, соответствует критерию "новизна".

При изучении других технических реше ний, известных в данной области техники, признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не выявлены, что свиде-. тельствует о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия", На фиг, 1 показан перестраиваемый

СВЧ генератор, разрез по диаметральной. плоскости резонатора; на фиг. 2 — разрез по сечению А-А, вид на неподвижную торцевую стенку резонатора с двумя петлями связи; на фиг. 3 — неподвижная торцевая стенка резонатора (изометрия) в масштабе увеличения; на фиг. 4 — отдельная петля связи с варактором внутри резонатора,(вариант 1); на фиг. 5 — отдельная петля связи.с варактором на микрополосковой плате снаружи резонатора (вариант 2).

Перестраиваемый СВЧ генератор содержит обьемный цилиндрический резонатор 1 с неподвижной торцевой стенкой 2 и подвижной торцевой стенкой (плунжером)

3, Активный полупроводниковый прибор 4, например, диод Ганна, установлен в еолноводе Б,.связанном с резонатором 1 отверстием связи 6. На неподвижной торцевои стенке 2 размещены варакторы 7 и 8, подключенные соответственно к петлям связи 9 и 10, Начало каждой петли связи соединено с поверхностью торцевой стенки 2 через конденсаторы 11 и 12, Напряжение смещения подается на варактор 7 через провод 13.

Устройство работает следующим образом, При движейии плунжера 3 изменяется объем резонатора 1 и происходит механическая перестройка частоты генерации.

Электрическая перестройка частота осуще1781812 ствляется посредством двух варакторов 7 и Qp — собственная добротность резона8, связанных с резонатором 1 петлями 9 и тора с учетом снижающего действия варак10. Расположение этих петель связи выбра- торов, но так, что осуществляются две функции: Чем меньше величина Q í/0, тем на1. Связь варакторов 7, 8 с рабочим коле- 5 дежнее работает генератор. банием Но» резонатора по магнитному по- Отдельно взятый цилиндрический резо2. натор Но» в диапазоне 11 ГГц имеет собст. Разнос частот рабочего Но» и пара- венную добротность около 15000, а зитного Е»1 колебаний, современный варактор (например, АА 623

Первая функция обеспечивается ориен- 10 А-6) не более 270, При относительно слабой тацией петель в резонаторе по направле- связи-варактор Снижает результирующ ю нию круговой линии, при этом петли собственную добротность в меньшей степевзаимодействуют с магнитным полем коле- ни, но все же при полосе электрической перестройки 10 МГц (чтобы перекрыть с

Второе требует пояснения, Паразитное 15 запасом температурный уход частоты при колебание Е» возникает в резонаторе стабилизации ее петлей ФАПЧ) варактор главным образом из-за неоднородности от- снижает результирующую собственную рсгия связи 6. Электрическое поле в рас- бротность резонатора Qp примерно вдвое, крыве отверстия 6 слабо возбуждает На этом фоне неблагоприятно сказываколебание Е», картина полей которого 20 ется изменение внешней нагруженной оимеет две пучности электрического поля Е бротности резонатора Qâí в процессе по азимуту (4). Эти пучности расположены механическойперестройкичастоты. Формувблизи торцевых стенок резонатора осесим- ла для расчета (4 приведена в (6). Из-эа . метрично на расстоянии 0.48 R от оси (R — сильной частотной зависимости прохождерадиус цилиндрического резонатора) на 25 ния электромагнитной энергии через отодинаковом расстоянии от отверстия-свя- верстие (коэффициент М в формуле (2)/(6)) зи 6, Именно поэтому в устройстве исполь- величина Q, меняется от 1500 до 800 в зованы две петли связи 9. 10=. диапазоне механической перестройки часрасположенные в местах этих пучностей. тоты от 10,7 до 11,7 ГГц, если, как обычно, ри таком расположении петли дают. 30 отверстие связи 6 расположено посредине сдвиг резонансных частот колебаний Нр» между торцевыми стенками резонатора, В и Е»1, противоположный по знаку: итоге в диапазоне частот параметр связи — частота колебания Но» сдвигается Qs» и, та- 40 связи 6 смещено в сторону плунжера 3 так; ким образом. устраняет действие паразит- чтобы зависимость движения плунжера ного колебания Е » на работу генератора, 1 ем не менее этого недостаточно для, скомпенсировала изменение ганг хо обеспечения устойчивой электрической перестройки частоты в широком диапазоне 45 величины 0,. Опираясь на формулу(2) /(6), механической перестройки. Неустойчи- местоположение Х отверстия связи опревость связана с изменением связи резо- деляется из соотношения: натора 1 с активным прибором 4 при движении плунжера 3 на фоне снижения 27 хо собственной добротности резонатора из-за 50 " "< ) Q вара кторов. !

1 1

02

Работа генератора и постоянство выходной мощности зависит от параметра свя- где 4 и iz — длина резонатора на нижней и зи н p . который характериз ет 55 р р р у . 55 верхней частотах диапазона механической вещественную часть проводимости резона- пере перестройки; тора, приведенную к активному прибору. Q и z — внешняя нагруженная доброт.десь: н — внешняя нагруженная доброт- ность резонатора на нижней и верхней часность резонатора при нагрузке через отверстие связи 6, тотах, определенная при условии

1781812 размещения отверстия связи 6 посредине между торцевыми стенками резонатора на той и другой частоте.

При этом на краях диапазона механической перестройки частоты величина внешней нагруженной добротности 0» одинакова, а в середине диапазона отличается от нее незначительно. Следовательно, во всем диапазоне механической перестройки частоты величина параметра связи Q»/Q неизменная, что обеспечивает устойчивую электрическую перестройку частоты и постоянство выходной мощности генератора, Различные конструктивные варианты соединения отдельной петли связи с варактором показаны на фиг, 4 и 5, В одном варианте конструкции, показанном на фиг. 4, начало петли связи 9 электрически соединено с неподвижной торцевой стенкой 2 резонатора через пло ский конденсатор 11, Конец петли 9 соединен с варактором 7. установленном на торцевой стенке 2, внутри резонатора. Напряжение смещения на варактор 7 подается по проводу 13. Конденсаторы 11 и 14 и отрезок тонкого провода 15 между ними служат фильтром нижних частот, предотвращающим просачивание СВЧ энергии в цепь смещения.

В другом варианте конструкции, показанном на фиг. 5, начало петли связи 9 непосредственно электрически соединено с неподвижной торцевой стенкой 2 резонатора, Конец петли 9 соединен через отрезок коаксиала 16 с варактором 7, установленном на торцевой стенке 2 на промежуточной микрополосковой плате 17. Микрополосковый шлейф 18 служит для электрического замыкания вывода варактора на торцевую стенку 2. На этот же вывод варактора подается напряжение смещения.

В заключение следует отметить, что основные положения изобретения действительны не только для волноводного генератора с диодом Ганна (фиг, 1), но и для других разновидностей генераторов с цилиндрическим резонатором, Например, к отверстию связи 6 может примыкать не только волновод 5 с диодом 4 (фиг. 1), но и микрополосковая плата с СВЧ транзистором; В этом случае связь резонатора с микрополосковой линией осуществляется через переход "щель-микрополосковая линия", Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое техническое решение

5 обеспечивает электрическую перестройку частоты в широком диапазоне механической перестройки при выравнивании выходной мощности генератора.

sin () I/ (xo) Q2

1г

35 где1 и 12 — длины объемного цилиндрического резонатора на нижней и верхней частотах

40 диапазона механической перестройки, Q) и Qz — внешние нагруженные добротности объемного цилиндрического резонатора на нижней и верхней частотах, а первая и вторая петли связи расположены на рас45 стоянии 0,48 R от продольной оси объемного цйлиндричвского резонатора осесимметрично относительно второго элемента связи и соединены одними концами с второй торцевой стенкой, а другими — с первым и вторым варакторами соответственноо.

10 Формула изобретения

Генератор, содержащий объемный цилиндрический резонатор с рабочим колебанием Но11 и радиусом R, первая торцевая стенка которого выполнена подвижной, а

15 вторая — неподвижной, активный полупроводниковый элемент, связанный через первый элемент связи с объемным цилиндрическим резонатором, и первый варактор, отличающийся тем, что, с

20 целью обеспечения электрической перестройки частоты в широком диапазоне механической перестройки при выравнивании выходной мощности генератора, введены второй варактор, второй элемент связи,.

25 первая и вторая петли связи, при этом первый и второй варакторы установлены на второй торцевой стенке, второй элемент связи размещен на боковой стенке объемного цилиндрического резонатора на расстоянии

30 Хо от второй торцевой стенки,,выбранном из соотношения

1781812 .фиг. 1.

8 (О f2 О

// g

/О 12 фиг. 3

Фиг. 2

1781812

Составитель Н,Ш варев

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор О.Густи

Редактор Н.Коляда

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

Заказ 4281 Тираж Подписное .. ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035; Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5