Способ генерации высокочастотных сигналов и устройство его реализации



Способ генерации высокочастотных сигналов и устройство его реализации
Способ генерации высокочастотных сигналов и устройство его реализации
Способ генерации высокочастотных сигналов и устройство его реализации
Способ генерации высокочастотных сигналов и устройство его реализации
Способ генерации высокочастотных сигналов и устройство его реализации
Способ генерации высокочастотных сигналов и устройство его реализации
Способ генерации высокочастотных сигналов и устройство его реализации

 


Владельцы патента RU 2592423:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для создания устройств генерации высокочастотных сигналов на заданном количестве частот. Технический результат изобретения заключается в повышении диапазона генерируемых колебаний, что позволяет формировать сложные сигналы и создавать эффективные устройства генерации для средств радиосвязи с заданным количеством радиоканалов. Способ генерации высокочастотных сигналов основан на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, взаимодействии высокочастотного сигнала с цепью прямой передачи, выполненной из трехполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника, нагрузкой и цепью внешней обратной связи, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, условий согласования цепи прямой передачи с нагрузкой и условий согласования нагрузки с управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента, при этом нагрузку выполняют в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный комплексный четырехполюсник, подключенный к цепи прямой передачи по параллельно-последовательной схеме. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретения относятся к областям радиосвязи и могут быть использованы для создания устройств генерации высокочастотных сигналов на заданном количестве частот при произвольных частотных характеристиках нагрузки, что позволяет формировать сложные сигналы и создавать эффективные средства радиосвязи с заданным количеством радиоканалов.

Известен способ генерации высокочастотного сигнала, основанный на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, организации внутренней обратной связи в нелинейном элементе путем использования в его качестве двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемого высокочастотного сигнала, и условий согласования нелинейного элемента с нагрузкой (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: «Дрофа». - 2006, с. 414-417).

Известно устройство генерации высокочастотного сигнала, состоящее из источника постоянного напряжения, устанавливающего рабочую точку на середине падающего участка вольтамперной характеристики двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением, реактивного четырехполюсника, нагрузки в виде параллельного колебательного контура, при этом параметры контура, двухполюсного нелинейного элемента и варикапа выбраны из условия обеспечения заданных амплитуды и частоты генерируемого высокочастотного сигнала (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: «Дрофа». - 2006, с. 414-417).

Принцип действия этого устройства состоит в следующем. При включении источника постоянного напряжения (тока) в силу скачкообразного изменения амплитуды во всей цепи возникают колебания, спектр которых занимает весь частотный радиодиапазон. Амплитуды этих колебаний быстро затухают. Однако благодаря наличию внутренней обратной связи в двухполюсном нелинейном элементе на участке с падающей вольтамперной характеристикой возникает отрицательное дифференциальное сопротивление, которое в силу согласования с помощью реактивного четырехполюсника компенсирует потери в контуре. Благодаря этому колебание с частотой, равной резонансной частоте колебательного контура, усиливается до момента увеличения амплитуды этого колебания до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы падающего участка вольтамперной характеристики. Наступает стационарный режим.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ генерации высокочастотного сигнала, основанный на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, организации внешней положительной обратной связи между нагрузкой и управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемого высокочастотного сигнала, и условий согласования нелинейного элемента с нагрузкой (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: «Дрофа». - 2006, с. 383-401).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство генерации высокочастотного сигнала, состоящее из источника постоянного напряжения, устанавливающего рабочую точку на середине квазилинейного участка проходной вольтамперной характеристики транзистора, реактивного четырехполюсника, нагрузки в виде параллельного колебательного контура, RC - цепи внешней положительной обратной связи между нагрузкой и управляющим электродом транзистора, при этом параметры контура, транзистора и варикапа выбраны из условия обеспечения заданных амплитуды и частоты генерируемого высокочастотного сигнала (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: «Дрофа». - 2006, с. 383-401).

Принцип действия этого устройства состоит в следующем. При включении источника постоянного напряжения (тока) в силу скачкообразного изменения амплитуды во всей цепи возникают колебания, спектр которых занимает весь частотный радиодиапазон. Амплитуды этих колебаний быстро затухают. Однако благодаря наличию цепи положительной обратной связи колебание с частотой, равной резонансной частоте колебательного контура, поступает на управляющий электрод транзистора, который в силу согласования с помощью реактивного четырехполюсника начинает работать в режиме усиления до момента увеличения амплитуды этого колебания до уровня, при котором наступает режим насыщения (ограничения амплитуды). Наступает стационарный режим.

Недостатком указанных способов и устройств является генерация высокочастотного сигнала только на одной частоте. Кроме того, не указывается, каким образом необходимо выбирать значения параметров реактивного четырехполюсника, при которых наступает режим возбуждения и стационарный режим. Особенно остро возникает этот вопрос при проектировании устройств генерации в диапазонах ВЧ и УВЧ, на которых обязательно нужно учитывать реактивные составляющие параметров нелинейных элементов. В настоящее время классическая теория радиотехнических цепей это не учитывает. Еще одним недостатком следует считать отсутствие возможности генерации при произвольных комплексных сопротивлениях нагрузки.

Техническим результатом изобретения является повышение диапазона генерируемых колебаний, генерация высокочастотных сигналов на заданном количестве частот при произвольных комплексных сопротивлениях нагрузки, что позволяет формировать сложные сигналы и создавать эффективные устройства генерации для средств радиосвязи с заданным количеством радиоканалов при любых заданных частотных характеристиках нагрузки, например антенны. Возможность использования различных вариантов включения трехполюсного нелинейного элемента относительно четырехполюсника и различных видов обратной связи, а также выбор этих четырехполюсников комплексными расширяют возможности физической реализуемости этого результата.

1. Указанный результат достигается тем, что в известном способе генерации высокочастотных сигналов, основанном на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, взаимодействии высокочастотного сигнала с цепью прямой передачи, выполненной из каскадно-соединенных трехполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника, нагрузкой и цепью внешней обратной связи, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемых высокочастотных сигналов, условий согласования цепи прямой передачи с нагрузкой и условий согласования нагрузки с управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента, дополнительно нагрузку выполняют в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный комплексный четырехполюсник, подключенный к цепи прямой передачи по параллельно-последовательной схеме, четырехполюсник в цепи прямой передачи выполняют комплексным, цепь прямой передачи и цепь обратной связи как единый узел каскадно включают между введенным вторым двухполюсником с комплексным сопротивлением, имитирующим сопротивление источника сигнала генератора в режиме усиления, и нагрузкой, условия возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз и условия согласования одновременно выполняют на заданном количестве частот за счет выбора значений сопротивлений первого двухполюсника, реализующего сопротивление zнn нагрузки, из условия обеспечения стационарного режима генерации в виде равенства нулю знаменателя коэффициента передачи в режиме усиления одновременно на всех заданных частотах генерируемых высокочастотных сигналов при неизменной амплитуде источника постоянного напряжения в соответствии со следующими математическими выражениями:

где ; ; ;

; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

a n, bn, cn, dn заданные значения комплексных элементов классической матрицы передачи комплексного четырехполюсника в цепи прямой передачи на заданных частотах; f 11 n V T ,   f 12 n V T ,   f 21 n V T ,   f 22 n V T - заданные значения комплексных элементов смешанной матрицы F трехполюсного нелинейного элемента в цепи прямой передачи на заданных частотах; f 11 n O C ,   f 12 n O C ,   f 21 n O C ,   f 22 n O C - заданные значения комплексных элементов смешанной матрицы F комплексного четырехполюсника цепи обратной связи на заданных частотах; z0n - заданные значения комплексных сопротивлений источника сигнала генератора в режиме усиления на заданных частотах; n=1, 2 …N - номера заданных частот.

2. Указанный результат достигается тем, что в устройстве генерации высокочастотных сигналов, состоящем из источника постоянного напряжения, цепи прямой передачи из каскадно-соединенных трехполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника, нагрузки и цепи внешней обратной связи, дополнительно нагрузка выполнена в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, в качестве цепи внешней обратной связи использован произвольный комплексный четырехполюсник, подключенный к цепи прямой передачи по параллельно-последовательной схеме, четырехполюсник в цепи прямой передачи выполнен комплексным, цепь прямой передачи и цепь обратной связи как единый узел каскадно включены между введенным вторым двухполюсником с комплексным сопротивлением, имитирующим сопротивление z0n источника сигнала генератора в режиме усиления, и нагрузкой, первый двухполюсник с комплексным сопротивлением zнn выполнен из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, катушки с индуктивностью L, произвольного комплексного двухполюсника с сопротивлением Z0=R0+jX0 и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и конденсатора с емкостью С, а значения параметров определены из условия равенства нулю знаменателя коэффициента передачи на двух частотах с помощью следующих математических выражений:

где ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

a n, bn, cn, dn заданные значения комплексных элементов классической матрицы передачи комплексного четырехполюсника в цепи прямой передачи на заданных частотах fn; ωn=2πfn; f 11 n V T ,   f 12 n V T ,   f 21 n V T ,   f 22 n V T - заданные значения комплексных элементов смешанной матрицы F трехполюсного нелинейного элемента в цепи прямой передачи на заданных частотах; f 11 n O C ,   f 12 n O C ,   f 21 n O C ,   f 22 n O C - заданные значения комплексных элементов смешанной матрицы F комплексного четырехполюсника цепи обратной связи на заданных частотах; z0n - заданные значения комплексных сопротивлений источника сигнала генератора в режиме усиления на заданных частотах; Rr1, Rr2, Xr1, Xr2 - оптимальные значения действительных и мнимых составляющих сопротивления zнn нагрузки на двух частотах; n=1, 2 - номера заданных частот.

На фиг. 1 показана схема устройства генерации высокочастотных сигналов (прототип), реализующего способ-прототип.

На фиг. 2 показана структурная схема предлагаемого устройства генерации по п. 2, реализующая предлагаемый способ по п. 1.

На фиг. 3 приведена схема комплексного двухполюсника, реализующего на двух частотах оптимальные значения сопротивления нагрузки генератора, схема которого представлена на фиг. 2.

Устройство-прототип (Фиг. 1), реализующее способ-прототип, содержит цепь прямой передачи в виде трехполюсного нелинейного элемента VT - 1, подключенного к источнику постоянного напряжения - 2, первого согласующе-фильтрующего устройства (СФУ) - 3 (первого реактивного четырехполюсника или первого согласующего четырехполюсника) и колебательного контура на элементах L - 4, R - 5, C - 6, который является нагрузкой - 7. Первое СФУ - 3 включено между выходным электродом трехполюсного нелинейного элемента и нагрузкой. Между нагрузкой и управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента включено второе СФУ - 9 (второй реактивный четырехполюсник или второй согласующий четырехполюсник) с подключенными к ее входу первым двухполюсником - 8 и к выходу вторым двухпоюсником - 10 с комплексными сопротивлениями в поперечные цепи. Все это вместе образует цепь внешней обратной связи. Первый двухполюсник - 8 подключен к нагрузке. Второй двухполюсник - 10 подключен к управляющему электроду трехполюсного нелинейного элемента.

Принцип действия устройства генерации высокочастотных сигналов (прототипа), реализующего способ-прототип, состоит в следующем.

При включении источника постоянного напряжения - 2 в силу скачкообразного изменения амплитуды во всей цепи возникают колебания, спектр которых занимает весь частотный радиодиапазон. Амплитуды этих колебаний быстро затухают. Однако благодаря наличию внешней обратной связи, согласования с помощью первого реактивного четырехполюсника - 3 выходного электрода трехполюсного нелинейного элемента и нагрузки (цепи прямой передачи), согласования с помощью цепи обратной связи (первого двухполюсника - 8 с комплексным сопротивлением, второго реактивного четырехполюсника - 9 и второго двухполюсника - 10 с комплексным сопротивлением) нагрузки и управляющего электрода трехполюсного нелинейного элемента компенсируются потери в контуре L - 4, R - 5, C - 6. Благодаря этому обратная связь становится положительной и реализуются условия баланса фаз и амплитуд - условия возбуждения электромагнитных колебаний. В результате колебание с частотой, равной резонансной частоте колебательного контура, подается на управляющий электрод трехполюсного нелинейного элемента, который на начальном этапе работает в режиме усиления. Амплитуда этого колебания усиливается до момента ее увеличения до уровня, при котором наступает режим ограничения трехполюсного нелинейного элемента. Наступает стационарный режим генерации.

Недостатки способа-прототипа и устройства его реализации описаны выше. Предлагаемое устройство по п. 2 (фиг. 2), реализующее предлагаемый способ по п. 1, содержит цепь прямой передачи из каскадно-соединенных трехполюсного нелинейного элемента-1 с известными элементами смешанной матрицы F f 11 n V T = r 11 n V T + j x 11 n V T , f 12 n V T = r 12 n V T + j x 12 n V T , f 21 n V T = r 21 n V T + j x 21 n V T , f 22 n V T = r 22 n V T + j x 22 n V T на заданных частотах генерируемых сигналов, подключенного к источнику постоянного напряжения - 2 (на фиг. 2 не показан), и комплексного четырехполюсника - 11 с известными элементами классической матрицы передачи a n, bn, cn, dn на заданных частотах генерируемых сигналов. Цепь прямой передачи из нелинейного элемента - 1 и четырехполюсника - 11 соединена по высокой частоте с цепью внешней обратной связи по параллельно-последовательной схеме (входы соединены параллельно, а выходы - последовательно). Цепь внешней обратной связи выполнена в виде произвольного комплексного четырехполюсника - 12, сформированного в общем случае на двухполюсниках с комплексными сопротивлениями. Цепь прямой передачи и цепь внешней обратной связи как единый узел каскадно включены по высокой частоте между источником входного высокочастотного сигнала в режиме усиления с заданными сопротивлениями z0n=r0n+jx0n - 13 на заданных частотах, имитирующими сопротивление источника высокочастотных колебаний, возникающих при включении источника постоянного напряжения - 2 в момент скачкообразного изменения амплитуды его напряжения в режиме генерации, и комплексной нагрузкой - 14 с оптимальными сопротивлениями zнn=rнn+jxнn на заданных частотах (первый двухполюсник с комплексным сопротивлением). Произвольный четырехполюсник - 12 тоже характеризуется известными значениями элементов смешанной матрицы F f 11 n O C = r 11 n O C + j x 11 n O C , f 12 n O C = r 12 n O C + j x 12 n O C , f 21 n O C = r 21 n O C + j x 21 n O C , f 22 n O C = r 22 n O C + j x 22 n O C на заданных частотах (N=1, 2 - номер частоты). Сопротивление zнn (первый двухполюсник с комплексным сопротивлением) реализовано (фиг. 3) из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, катушки с индуктивностью L, произвольного комплексного двухполюсника с сопротивлением Z0=R0+jx0 и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и конденсатора с емкостью С, а значения параметров определены из условия равенства нулю знаменателя коэффициента передачи на двух частотах с помощью специальных математических выражений. Синтез генератора (выбор значений параметров R1, C, L, R2 и схемы формирования этого двухполюсника (фиг. 3) осуществлен по критерию обеспечения баланса амплитуд и баланса фаз путем реализации равенства нулю знаменателя коэффициента передачи устройства генерации в режиме усиления одновременно на заданных частотах генерируемых сигналов при постоянной амплитуде напряжения питания. Выбор значений элементов матриц сопротивлений комплексных четырехполюсников - 11, 12 или их схем и значений параметров элементов можно осуществлять произвольно или исходя из каких-либо других физических соображений. В данном изобретении эти значения выбираются из условий физической реализуемости. В режиме генерации источник входного высокочастотного сигнала отключается и вместо него устанавливается короткозамыкающая перемычка.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.

При включении источника постоянного напряжения - 2 (на фиг. 2 не показан) в силу скачкообразного изменения амплитуды во всей цепи возникают колебания, спектр которых занимает весь частотный радиодиапазон. Амплитуды этих колебаний быстро затухают. Однако благодаря наличию внешней обратной связи и в силу указанного выбора значений параметров R1, C, L, R2 и схемы формирования двухполюсника - 14 (фиг. 3) обратная связь становится положительной, что эквивалентно возникновению в цепи отрицательного сопротивления (f11 или f22), которое компенсирует потери во всей цепи одновременно на двух заданных частотах. Поэтому амплитуды колебаний с заданными частотами усиливаются до определенных уровней и затем ограничиваются. Благодаря этому колебания с заданными двумя частотами усиливаются до момента увеличения амплитуд этих колебаний до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы квазилинейного участка проходной вольтамперной характеристики. Наступает стационарный режим. Окончательно в результате взаимодействия сигналов на двух частотах с нелинейным элементом в режиме генерации возникают продукты нелинейного взаимодействия с комбинационными частотами ωn=Iω1±Kω2, I, К=0, 1, 2 … . Так как четырехполюсники - 11, 12 выбраны комплексными, то это приводит к увеличению области физической реализуемости стационарного режима генерации на заданном количестве частот.

Докажем возможность реализации указанных свойств.

Пусть цепь прямой передачи, состоящая из каскадно-соединенных между собой трехполюсного нелинейного элемента и КЧ, подключена к цепи обратной связи по параллельно-последовательной схеме (фиг. 2). Введем обозначения зависимостей сопротивления источника сигнала в режиме усиления z0=r0+jx0, нагрузки zn=rn+jxn и известных зависимостей элементов смешанной матрицы F трехполюсного нелинейного элемента f 11 V T = r 11 V T + j x 11 V T , f 12 V T = r 12 V T + j x 12 V T , f 21 V T = r 21 V T + j x 21 V T , f 22 V T = r 22 V T + j x 22 V T и цепи обратной связи f 11 O C = r 11 O C + j x 11 O C , f 12 = r 12 O C + j x 12 O C , f 21 O C = r 21 O C + j x 21 O C , f 22 O C = r 22 O C + j x 22 O C от частоты, которые можно определить по известным (например, измеренным или рассчитанным) элементам матриц сопротивлений, проводимостей или передачи. Размерности элементов матрицы F: f11 (проводимость), f12 (безразмерный), f21 (безразмерный), f22 (сопротивление).

Нелинейный элемент описывается смешанной матрицей F и соответствующей матрицей передачи:

где | f V T | = f 11 V T f 22 V T f 12 V T f 21 V T .

Комплексный четырехполюсник (КЧ) характеризуется матрицей передачи:

где a, b, c, d - комплексные элементы классической матрицы передачи.

Для цепи прямой передачи элементы ненормированной классической матрицы передачи получаются путем перемножения матриц передачи (1) и (2):

Соответствующие элементы смешанной матрицы F этого звена (вторые слагаемые в (4)) и элементы смешанной матрицы F цепи ОС складываются:

где |a|=a 11 a 22-a 12 a 21.

Ненормированные элементы матрицы передачи всего устройства:

где |f|=f11f22-f12f21. С учетом условий нормировки получим общую нормированную матрицу передачи всего устройства:

Передаточная функция генератора в режиме усиления:

Знаменатель (7) можно привести к виду, соответствующему иммитансному критерию устойчивости (Куликовский А.А. Устойчивость активных линеаризованных цепей с усилительными приборами нового типа. М-Л.: ГЭИ, 1962, 192 с.):

Первое слагаемое - это комплексное сопротивление пассивной части (сопротивление источника сигнала в режиме усиления). Второе слагаемое - это входное сопротивление активной части устройства (остальной части генератора справа от z0). Иммитансный критерий устойчивости (8) соответствует балансу амплитуд и фаз (Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: «Дрофа», 2006, с. 386):

Из равенства нулю знаменателя коэффициента передачи в режиме усиления можно найти ограничение на любую из используемых величин, например на zн:

Решение (10) имеет смысл зависимости величины zнn от частоты, оптимальной по критерию обеспечения генерации сигнала во всем спектре частот. Сопротивление z0n может быть выбрано произвольно или исходя из каких-либо других физических соображений. Индекс n необходимо ввести и в другие обозначения физических величин, явным образом зависящих от частоты. Физический смысл решения (10) состоит также в том, что частотная зависимость комплексного сопротивления нагрузки должна быть равной частотной зависимости входного комплексного сопротивления остальной части генератора слева от zн, взятой с обратным знаком. При этом обеспечивалась бы генерация на всем спектре частот. Однако реализация (10) в сплошной, даже очень узкой полосе частот невозможна.

Для реализации оптимальной аппроксимации (10) на конечном числе частот методом интерполяции необходимо сформировать двухполюсник с сопротивлением zнn из не менее, чем 2N (n=1, 2 …N; N - число частот интерполяции) элементов типа R, L, C, найти выражения для его сопротивления, приравнять его к оптимальным значениям сопротивлений двухполюсника на заданных частотах, определенным по формулам (10), и решить сформированную таким образом систему 2N уравнений относительно 2N выбранных параметров R, L, C. Значения параметров остальных элементов могут быть выбраны произвольно или исходя из каких-либо других физических соображений, например из условия физической реализуемости.

Пусть двухполюсник с сопротивлением zн сформирован из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, катушки с индуктивностью L, произвольного комплексного двухполюсника с сопротивлением Z0=R0+jX0 и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и конденсатора с емкостью С (фиг. 3). Комплексное сопротивление этого двухполюсника:

Разделим в (11) между собой действительную и мнимую части и составим систему четырех уравнений:

Решение:

где Rr1, Rr2, Xr1, Xr2 - оптимальные значения действительных и мнимых составляющих сопротивления zнn нагрузки на двух частотах: Rvn=Re(zнn); Хvn=Im(zнn); n=1, 2 - номера заданных частот fn; ωn=2πfn.

Реализация оптимальных аппроксимаций частотных характеристик сопротивления нагрузки генератора (10) с помощью (11), (13) обеспечивает реализацию условия баланса амплитуд и баланса фаз одновременно на двух заданных частотах. В результате взаимодействия сигналов на двух частотах с нелинейным элементом в режиме генерации возникают продукты нелинейного взаимодействия с комбинационными частотами ωn=Iω1±Кω2, I, К=0, 1, 2…

Предлагаемые технические решения являются новыми, поскольку из общедоступных сведений неизвестны способ и устройство генерации высокочастотных колебаний, обеспечивающие генерацию сигналов на заданном количестве частот при использовании произвольных комплексных четырехполюсников в цепи прямой передачи и цепи обратной связи и произвольного первого комплексного двухполюсника в качестве нагрузки, причем цепь прямой передачи выполнена из каскадно-соединенных трехполюсного нелинейного элемента и комплексного четырехполюсника и соединена с цепью обратной связи по параллельно-последовательной схеме (фиг. 2), цепь прямой передачи и цепь обратной связи как единое целое включены между сопротивлением источника сигнала генератора в режиме усиления (вторым комплексным двухполюсником) и первым двухполюсником, показанным на фиг. 3. Значения параметров этого двухполюсника выбраны в соответствии со специальными математическими выражениями.

Предлагаемые технические решения имеют изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций (выполнение устройства генерации в виде, показанном на фиг. 2, выполнение четырехполюсников в цепи прямой передачи и цепи обратной связи комплексными, использование оптимальнойной нагрузки (первого двухполюсника комплексным сопротивлением), формирование первого комплексного двухполюсника из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, катушки с индуктивностью L, произвольного комплексного двухполюсника с сопротивлением Z0=R0+jX0 и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и конденсатора с емкостью С (фиг. 3), выбор значений параметров R1, C, L, R2 из условия обеспечения стационарного режима генерации на двух частотах при неизменном состоянии нелинейного трехполюсного элемента обеспечивает одновременно формирование высокочастотных сигналов на заданных частотах при постоянной амплитуде источника постоянного напряжения и расширение области физической реализуемости.

Предлагаемые технические решения практически применимы, так как для их реализации могут быть использованы серийно выпускаемые промышленностью нелинейные трехполюсные элементы (лампы или транзисторы), индуктивности, резисторы и емкости, сформированные в заявленную схему генератора. Оптимальные значения параметров индуктивностей, резистивных элементов и емкостей, входящих в схему формирования первого комплексного двухполюсника, могут быть однозначно определены с помощью математических выражений, приведенных в формуле изобретения.

Технико-экономическая эффективность предложенных способа и устройства заключается в одновременном обеспечении генерации высокочастотного сигнала на заданном количестве частот за счет выбора схемы и значений параметров элементов R, L, C первого комплексного двухполюсника по критерию обеспечения условий баланса фаз и амплитуд на этих частотах при неизменном состоянии нелинейного трехполюсного элемента, что позволяет формировать сложные сигналы и создавать средства радиосвязи, функционирующие на заданном количестве радиоканалов при оптимальных характеристиках нагрузки.

1. Способ генерации высокочастотных сигналов, основанный на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, взаимодействии высокочастотного сигнала с цепью прямой передачи, выполненной из каскадно-соединенных трехполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника, нагрузкой и цепью внешней обратной связи, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемых высокочастотных сигналов, условий согласования цепи прямой передачи с нагрузкой и условий согласования нагрузки с управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента, отличающийся тем, что нагрузку выполняют в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный комплексный четырехполюсник, подключенный к цепи прямой передачи по параллельно-последовательной схеме, четырехполюсник в цепи прямой передачи выполняют комплексным, цепь прямой передачи и цепь обратной связи как единый узел каскадно включают между введенным вторым двухполюсником с комплексным сопротивлением, имитирующим сопротивление источника сигнала генератора в режиме усиления, и нагрузкой, условия возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз и условия согласования одновременно выполняют на заданном количестве частот за счет выбора значений сопротивлений первого двухполюсника, реализующего сопротивление zнm нагрузки, из условия обеспечения стационарного режима генерации в виде равенства нулю знаменателя коэффициента передачи в режиме усиления одновременно на всех заданных частотах генерируемых высокочастотных сигналов при неизменной амплитуде источника постоянного напряжения в соответствии со следующими математическими выражениями:
,
где ;

;
an, bn, cn, dn заданные значения комплексных элементов классической матрицы передачи комплексного четырехполюсника в цепи прямой передачи на заданных частотах; - заданные значения комплексных элементов смешанной матрицы F трехполюсного нелинейного элемента в цепи прямой передачи на заданных частотах; - заданные значения комплексных элементов смешанной матрицы F комплексного четырехполюсника цепи обратной связи на заданных частотах; z0n - заданные значения комплексных сопротивлений источника сигнала генератора в режиме усиления на заданных частотах; n=1,2…N - номера заданных частот.

2. Устройство генерации высокочастотных сигналов, состоящее из источника постоянного напряжения, цепи прямой передачи из каскадно-соединенных трехполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника, нагрузки и цепи внешней обратной связи, отличающееся тем, что нагрузка выполнена в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, в качестве цепи внешней обратной связи использован произвольный комплексный четырехполюсник, подключенный к цепи прямой передачи по параллельно-последовательной схеме, четырехполюсник в цепи прямой передачи выполнен комплексным, цепь прямой передачи и цепь обратной связи как единый узел каскадно включены между введенным вторым двухполюсником с комплексным сопротивлением, имитирующим сопротивление z0n источника сигнала генератора в режиме усиления, и нагрузкой, первый двухполюсник с комплексным сопротивлением zнn выполнен из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, катушки с индуктивностью L, произвольного комплексного двухполюсника с сопротивлением Z0=R0+jX0 и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и конденсатора с емкостью С, а значения параметров определены из условия равенства нулю знаменателя коэффициента передачи на двух частотах с помощью следующих математических выражений:

;
,
где ;

;
;
;
;
an,bn,cn,dn заданные значения комплексных элементов классической матрицы передачи комплексного четырехполюсника в цепи прямой передачи на заданных частотах fn; ωn=2πfn; - заданные значения комплексных элементов смешанной матрицы F трехполюсного нелинейного элемента в цепи прямой передачи на заданных частотах; - заданные значения комплексных элементов смешанной матрицы F комплексного четырехполюсника цепи обратной связи на заданных частотах; z0n - заданные значения комплексных сопротивлений источника сигнала генератора в режиме усиления на заданных частотах; Rr1, Rr2, Xr1, Xr2 - оптимальные значения действительных и мнимых составляющих сопротивления zнn нагрузки на двух частотах; n=1,2 - номера заданных частот.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для создания средств радиосвязи с заданным количеством радиоканалов. Достигаемый технический результат - увеличение диапазона генерируемых колебаний, генерация высокочастотных сигналов на заданном количестве частот при произвольных комплексных сопротивлениях нагрузки.

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в средствах радиосвязи с заданным количеством радиоканалов. Достигаемый технический результат - увеличение диапазона генерируемых колебаний при произвольных комплексных сопротивлениях нагрузки.

Изобретение относится к области радиосвязи и радиоэлектронной борьбы. Технический результат изобретения заключается в увеличении линейного участка частотной модуляционной характеристики за счет использования одного нелинейного элемента.

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в многоканальных средствах радиосвязи. Технический результат - увеличение диапазона генерируемых колебаний при произвольных комплексных сопротивлениях нагрузки.

Изобретение относится к области радиосвязи. Технический результат изобретения заключается в повышении диапазона генерируемых колебаний, генерации высокочастотных сигналов на заданном количестве частот при произвольных комплексных сопротивлениях нагрузки, что позволяет формировать сложные сигналы и создавать устройства генерации с заданным количеством радиоканалов при любых заданных частотных характеристиках нагрузки.

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для создания многоканальных средств радиосвязи. Технический результат - увеличение диапазона генерируемых колебаний при произвольных сопротивлениях нагрузки.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередающих устройствах. Технический результат - получение высоких значений КПД в относительной полосе рабочих частот, достигаемой 30%.

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для создания устройств генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов. Техническим результатом изобретения является генерация и частотная модуляция высокочастотного сигнала с увеличенным линейным участком частотной модуляционной характеристики при использовании одного нелинейного элемента.

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для создания эффективных средств связи с заданным количеством радиоканалов. Достигаемый технический результат - увеличение диапазона генерируемых колебаний путем генерации высокочастотных сигналов на заданном количестве частот при произвольных комплексных сопротивлениях нагрузки.

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для создания средств радиосвязи. Достигаемый технический результат - увеличение диапазона генерируемых колебаний, генерация высокочастотных сигналов на заданном количестве частот при произвольных комплексных сопротивлениях нагрузки.

Изобретение относится к технике СВЧ. Полосно-пропускающий фильтр содержит прямоугольный металлический корпус 1, образованный параллельными плоскими стенками 2, запредельный для центральной частоты фильтра, n металлических стержней 3, число которых равно порядку фильтра, расположенных параллельно друг другу и разделенных диэлектрическими промежутками 4, причем одни концы соседних металлических стержней 3 присоединены к противоположным плоским стенкам 2, а концы крайних металлических стержней 3 присоединены к центральным проводникам 5 коаксиальных присоединителей 6 внешних линий передачи, оболочки 7 присоединителей 6 соединены с корпусом 1.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для частотной селекции высокочастотных сигналов в радиотехнических устройствах, телевидении, системах связи и радиоканалах передачи телекоммуникационных данных.

Изобретение относится к усилению и демодуляции частотно-модулированных сигналов. Технический результат - увеличение линейного участка частотной демодуляционной характеристики и увеличение динамического диапазона при произвольных характеристиках нелинейного элемента, цепи внешней обратной связи и нагрузки.

Изобретение предназначено для использования в селективных трактах радиоаппаратуры различного назначения. Фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесены полосковые проводники, закороченные с одного конца, и на вторую сторону также нанесены полосковые проводники, закороченные с одного конца.

Изобретение относится к области радиосвязи и радиолокации. Технический результат изобретения заключается в обеспечении модуляции амплитуды и фазы высокочастотного сигнала при заданных зависимостях отношения модулей и разности фаз передаточной функции модулятора в двух состояниях управляемого нелинейного элемента, определяемых двумя уровнями управляющего низкочастотного сигнала.

Изобретение относится к области радиосвязи. Технический результат изобретения заключается в повышении диапазона генерируемых колебаний, генерации высокочастотных сигналов на заданном количестве частот при произвольных комплексных сопротивлениях нагрузки, что позволяет формировать сложные сигналы и создавать устройства генерации с заданным количеством радиоканалов при любых заданных частотных характеристиках нагрузки.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в устройствах измерительной техники. Технический результат - уменьшение продольного размера фотонного кристалла вдоль направления распространения электромагнитной волны до величины, меньшей длины волны основного типа.

Использование: для создания частотно-селективной высокоимпедансной поверхности. Сущность изобретения заключается в том, что частотно-селективная высокоимпедансная поверхность содержит однослойную экранированную печатную плату, с одной стороны которой выполнена импедансная решетка из связанных не менее чем двумя емкостными зазорами микрополосковых многозаходных спиралей Архимеда, в центрах которых расположены металлизированные переходные отверстия, соединенные с общим металлическим экраном, емкостные зазоры выполнены в виде микрополосковых копланарных линий.

Изобретение относится к СВЧ электронике, в частности к частотно-селективным фильтрам. Широкополосный полосно-пропускающий фильтр содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляемое основание, а на вторую сторону нанесен полосковый проводник, частично расщепленный с одного конца.

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано для подавления внеполосных и паразитных колебаний в трактах приемопередающих систем, в том числе высокой мощности, а также для грубого измерения частоты микроволнового излучения.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к микрополосковым корректорам АЧХ. Микрополосковый корректор содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой стороне первый проводник, концы которого являются входом и выходом корректора, и второй проводник, один конец которого подключен к первому проводнику через первый резистор, второй конец - через второй резистор. Длины проводников между точками подключения резисторов одинаковы, а волновые сопротивления микрополосковых линий, образованные первым и вторым проводниками между точками подключения резисторов, выбраны больше сопротивлений входа и выхода, а проводимость общей линии должна быть равна входной проводимости исходя из условия 1/Z1+1/(R+Z2)=1, где Z1 - нормированное волновое сопротивление первого проводника, Z2 - нормированное волновое сопротивление второго проводника, R - нормированное сопротивление резисторов. Технический результат - улучшение согласования, уменьшение габаритных размеров. 2 ил.
Наверх