Дискретно перестраиваемый резонатор

Изобретение относится к области техники сверхвысоких частот и может быть использовано в системах радиосвязи, радиолокации и телекоммуникаций диапазонов очень высоких (ОВЧ), ультравысоких (УВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот. В дискретно перестраиваемом резонаторе, содержащем четвертьволновой отрезок регулярной линии передачи и подключенные к ней секции перестройки, состоящие из перестраивающего конденсатора и электронного ключа, значения емкостей всех перестраивающих конденсаторов Сс секций перестройки, максимально-допустимый шаг частотной перестройки Δf, длина отрезка регулярной длинной линии передачи l₀ и координаты точек подключения X₁, X₂, …, X_n секций перестройки к отрезку регулярной линии передачи с волновым сопротивлением выбираются из системы нелинейных уравнений. Технический результат - уменьшение стоимости изготовления дискретно перестраиваемого резонатора на отрезке регулярной линии передачи. 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области техники сверхвысоких частот и может быть использовано в системах радиосвязи, радиолокации и телекоммуникаций диапазонов очень высоких (ОВЧ), ультравысоких (УВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот.

Актуальность разработки перестраиваемых полосно-пропускающих фильтров, в состав которых могут входить дискретно перестраиваемые резонаторы, обусловлена все возрастающими требованиями к параметрам электромагнитной совместимости радиоэлектронных устройств в отношении их восприимчивости к мешающему воздействию излучений других источников радиоволн, а также в отношении их собственного нежелательного излучения. Для обеспечения предъявляемых ныне в ОВЧ-, УВЧ- и СВЧ-диапазонах волн требований необходимо реализовать перестраиваемые полосно-пропускающие фильтры, способные работать с высоким уровнем входной мощности и в максимально широком частотном диапазоне.

Известен дискретно перестраиваемый резонатор на отрезке регулярной линии передачи, описанный в работе: Головков А.А., Крайчик А.Б. «Об одном методе электронной перестройки усилителей мощности ДЦВ коммутирующими СВЧ-диодами». - Вопросы радиоэлектроники, серия Общетехническая, вып.5, 1971, с.71-75. Этот резонатор, подключаемый к генераторной лампе, содержит четвертьволновой отрезок регулярной коаксиальной линии и секцию перестройки, состоящую из перестраивающего конденсатора и соединенных с ним последовательно двух p-i-n-диодов. На p-i-n-диоды подается прямое или обратное смещение. При этом перестраивающий конденсатор оказывается полностью или частично подключен к отрезку регулярной линии - коаксиальному резонатору, в результате чего меняется его резонансная частота.

Однако описанный резонатор имеет только четыре частоты настройки из-за того, что секции перестройки имеют одну электрическую координату точки подключения. При таком исполнении не удается реализовать необходимый малый шаг перестройки при широком диапазоне перестройки. Кроме того, величины перестраивающих конденсаторов должны быть различными.

В этом отношении от вышеупомянутого дискретно перестраиваемого резонатора выгодно отличается дискретно перестраиваемый резонатор, описанный в патенте США №3811101 C1, 334/42, 333/82 В, 333/83 R, 333/73 С, 333/73 W, H03J 5/24, H01P 7/04, H01P 7/06, 1974 год, и являющийся прототипом предлагаемого изобретения.

Этот резонатор содержит короткозамкнутый отрезок регулярной линии длиной 2L - для полуволнового и L - для четвертьволнового резонатора, цепи связи с внешними устройствами и секции перестройки, состоящие из перестраивающего конденсатора C₁, электронного ключа, имеющего емкость С₂. Секции перестройки подключены к отрезку регулярной длинной линии передачи на расстоянии , где L_i - расстояние от короткозамкнутого конца резонатора до точки подключения i-й секции перестройки; z=1, 2, …, n; n - общее количество секций перестройки.

Перестройка резонатора осуществляется замыканием и размыканием электронных ключей. Общее количество различных частот, различных в общем случае, составляет 2ⁿ. Перестроечные свойства дискретно перестраиваемых резонаторов характеризуются кодо-частотной характеристикой f(A), частный пример которой для случая, когда значения всех конденсаторов C₁ равны между собой, показан на фиг.2. Код - это целое число, равное , где δ_i=1, если i-й электронный ключ замкнут, и δ_i=0, если он разомкнут. Очевидно, что 0≤A≤2ⁿ-1, при этом нулевому значению А соответствует максимальное значение, а максимальному значению А - минимальное значение резонансной частоты. Немонотонность кодо-частотной характеристики может быть устранена путем использования конденсаторов C₁ с различными их величинами - уменьшенными для младших секций и увеличенными для старших секций перестройки. Однако это ухудшает технологичность, а следовательно, и стоимость изготовления резонатора.

Таким образом, выбранный в качестве прототипа дискретно перестраиваемый резонатор на отрезке регулярной линии передачи отличается необходимостью использования перестраивающих конденсаторов различного номинала, что повышает стоимость его изготовления из-за невысокой технологичности.

Задачей предлагаемого изобретения является создание дискретно перестраиваемого резонатора с более низкой стоимостью его изготовления.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в известном дискретно перестраиваемом резонаторе, содержащем четвертьволновой отрезок регулярной линии передачи с волновым сопротивлением ρ, а также секции перестройки, состоящие из одинаковых для всех секций перестройки перестраивающих конденсаторов и электронных ключей, величина перестраивающих емкостей Сс, максимально-допустимый шаг частотной перестройки Δf, длина отрезка регулярной длинной линии l₀ и координаты точек подключения секций перестройки к отрезку регулярной линии передачи X₁, Х₂, …, Х_n выбираются из условия:

где f_В и f_Н - соответственно верхняя и нижняя частота диапазона перестройки резонатора,

f(0), f(2⁰-1), f(2⁰), …, f(2^n-1-1), f(2^n-1), f(2ⁿ-1) - значения резонансных частот при указанных значениях кодов, причем f(A) вычисляется из уравнения ,

где l₀ - геометрическая длина резонатора,

,

- емкость разомкнутого электронного ключа.

На фиг.1 изображен предлагаемый дискретно перестраиваемый резонатор на четвертьволновом отрезке регулярной линии передачи с волновым сопротивлением ρ, на фиг.2 - кодо-частотная характеристика дискретно перестраиваемого резонатора с одинаковыми перестраивающими конденсаторами, а секции перестройки подключены к отрезку регулярной длинной линии передачи на расстоянии ; на фиг.3 представлена расчетная кодо-частотная характеристика предлагаемого дискретно перестраиваемого резонатора на четвертьволновом отрезке регулярной линии передачи.

Предлагаемый резонатор содержит четвертьволновой (фиг.1) отрезок регулярной длинной линии 1. Четвертьволновой отрезок регулярной длинной линии короткозамкнут с одного конца и разомкнут с другого. К отрезку регулярной длинной линии 1 подключены на расстоянии X₁, Х₂, …, Х_n секции перестройки, состоящие из электронных ключей 2 и перестраивающих конденсаторов 3.

Предложенный дискретно перестраиваемый резонатор на отрезке регулярной линии передачи работает следующим образом. Перестраивающие конденсаторы, подключаемые к отрезку регулярной длинной линии передачи электронными ключами, вызывают тем большее смещение резонансной частоты резонатора вниз по диапазону перестройки, чем больший номер они имеют, или, что то же самое, чем дальше от короткозамкнутого конца они подключены к отрезку линии передачи. Всего количество различных возможных комбинаций положений электронных ключей и, следовательно, число различных частот составляет 2ⁿ.

Расчетная кодо-частотная характеристика предлагаемого дискретно перестраиваемого резонатора на четвертьволновом отрезке регулярной линии передачи показана на фиг.3. Аналогичный вид имеет и экспериментальная кодо-частотная характеристика предлагаемого дискретно перестраиваемого резонатора на четвертьволновом отрезке регулярной линии передачи.

Таким образом, представленные результаты свидетельствуют о возможности реализации дискретно перестраиваемого резонатора на отрезке регулярной длинной линии с одинаковыми значениями емкостей перестраивающих конденсаторов, что повышает технологичность и, следовательно, уменьшает стоимость изготовления дискретно перестраиваемого резонатора.

Дискретно перестраиваемый резонатор, содержащий четвертьволновой отрезок регулярной линии передачи и подключенные к ней секции перестройки, состоящие из перестраивающего конденсатора и электронного ключа, отличающийся тем, что значения всех емкостей перестраивающих конденсаторов Сс секций перестройки, максимально-допустимый шаг частотной перестройки Δf, длина отрезка регулярной длинной линии l₀ и координаты точек подключения секций перестройки к отрезку регулярной линии передачи X₁, X₂,…, Х_n выбираются из условия:

где f_В и f_Н - соответственно верхняя и нижняя частота диапазона перестройки резонатора,
f(0), f(2⁰-1), f(2⁰), …, f(2^n-1-1), f(2^n-1), f(2ⁿ-1) - значения резонансных частот при указанных значениях кодов, причем f(A) вычисляется из уравнения
где l₀ - геометрическая длина резонатора,

,

- емкость разомкнутого электронного ключа.