Широкополосный ключевой генератор

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередающих устройствах. Достигаемый технический результат - увеличение полосы рабочих частот. Широкополосный ключевой генератор содержит активный элемент, который выполнен на транзисторе, широкополосную входную цепь, четвертьволновый отрезок длинной линии, выходную цепь, которая согласует активный элемент с нагрузкой, блокировочную емкость, а волновое сопротивление четвертьволнового отрезка длинной линии выбрано из заданного соотношения. 2 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередающих устройствах.

Общим недостатком существующих ключевых генераторов, имеющих высокий КПД, является узкая полоса рабочих частот. Этот недостаток связан с тем, что в ключевых генераторах при перестройке рабочей частоты происходит изменение импеданса нагрузки не только на основной частоте, но и на ее гармониках.

Известно техническое решение высокоэффективного ключевого генератора, содержащего активный элемент, работающий при угле отсечки, близком к 90^o, общий электрод которого соединен с общей шиной, а к выходному электроду подключен четвертьволновый отрезок длинной линии, короткозамкнутый на высших гармониках (Рааб. Мощный усилитель на полевом транзисторе. - Электроника, 1976, 12).

Реализация высокоэффективного режима и достижение высокого значения КПД в данном генераторе возможно в относительно узкой полосе частот, равной 15%.

Наиболее близким к изобретению является генератор, содержащий активный элемент, работающий при угле отсечки, близком к 90^o, общий электрод которого соединен с общей шиной, а к выходному электроду подключены четвертьволновый отрезок длинной линии, короткозамкнутый на основной частоте и высших гармониках, а также выходная цепь, параметры которой обеспечивают согласование с нагрузкой и высокое значение импеданса на гармониках основной частоты (S. Toyoda, Hight Efficiency Amplifiers, JEEE MTT-S Digest, 1994, p.253-256). Данный генератор имеет также узкую полосу частот, составляющую 5%, что объясняется, вероятно, произвольным выбором волнового сопротивления отрезка линии.

Предлагаемое изобретение направлено на увеличение полосы рабочих частот ключевого генератора. Это достигается тем, что ключевой генератор, содержащий активный элемент, работающий при угле отсечки выходного тока, близком к 90^o, общий электрод которого соединен с общей шиной, а к выходному электроду подключена выходная цепь, обеспечивающая высокое значение импеданса на гармониках основного сигнала и согласующая активный элемент с нагрузкой и короткозамкнутый четвертьволновый отрезок длинной линии, волновое сопротивление которого выбирается согласно выражению: ρ=(2,...,3)R'_н, где R'_н - сопротивление нагрузки в сечении выходного электрода активного элемента. (Представление о сопротивлении нагрузки, пересчитанном в какое-либо сечение входной или выходной цепи генератора с внешним возбуждением, широко известно из литературы, посвященной проектированию радиопередатчиков. См., например, Радиопередающие устройства. Под ред. Челнокова О.А. - М.: Радио и связь, 1986).

Упомянутый выбор волнового сопротивления создает благоприятные условия для достижения высокого КПД в полосе рабочих частот, существенно превышающей полосу рабочих частот аналога и прототипа. Это происходит благодаря тому, что формы тока и напряжения на активном элементе, характерные для высокоэффективного ключевого режима, сохраняются в рабочей полосе частот.

На фиг.1 представлена схема ключевого генератора с формирующей линией, а на фиг.2 - зависимость относительной полосы рабочих частот от относительного значения волнового сопротивления отрезка линии.

Предлагаемый ключевой генератор содержит широкополосную входную цепь 1, соединенную с базой транзистора 2, к коллектору которого подключен четвертьволновый отрезок длинной линии 3 и выходная цепь 4, обеспечивающая высокое значение импеданса на гармониках основного сигнала и согласующая активный элемент с нагрузкой. Второй конец отрезка линии подключен к источнику питания и замкнут на общую шину по высокой частоте через блокировочную емкость 5. Волновое сопротивление линии выбрано таким образом, что выполняется условие ρ= (2,...,3)R'_н. Ключевой генератор работает следующим образом. Под воздействием входного сигнала транзистор формирует импульсы коллекторного тока с углом отсечки, близким к 90^o. Благодаря наличию в схеме предлагаемого устройства четвертьволнового отрезка линии и упомянутым свойствам выходной цепи, в результате суперпозиции падающих и отраженных плоских волн, распространяющихся в отрезке линии, на коллекторе транзистора формируется уплощенное напряжение трапецеидальной формы. При таких формах тока и напряжения тепловая энергия, рассеиваемая транзистором, существенно меньше, чем в традиционном генераторе класса В (при одинаковой выходной мощности). Поэтому предельный КПД данного генератора равен 100%, а генератора класса В составляет 78,5%. При указанном выборе волнового сопротивления четвертьволнового отрезка длинной линии и благодаря широкополосным входной и выходной цепям создаются условия реализации ключевого режима с высоким КПД в максимальной для данного генератора полосе частот (см. фиг.2).

Формула изобретения

Широкополосный ключевой генератор, содержащий активный элемент, который выполнен на транзисторе, широкополосную входную цепь, которая соединена с базой транзистора, к коллектору которого подключен четвертьволновой отрезок длинной линии, и выходную цепь, которая согласует активный элемент с нагрузкой, второй конец четвертьволнового отрезка длинной линии подключен к источнику питания и короткозамкнут на общую шину на основной частоте и высших гармониках через блокировочную емкость, при этом под воздействием входного сигнала транзистор формирует импульсы коллекторного тока с углом отсечки, близким к 90^o, отличающийся тем, что волновое сопротивление (ρ) четвертьволнового отрезка длинной линии выбрано из соотношения ρ=(2,...,3)R'_н, где R'_н - сопротивление нагрузки в сечении выходного электрода активного элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2