ГЕНЕРАТОР СВЧ Российский патент 1994 года по МПК H03B5/18 H03B7/14 

Изобретение относится к технике СВЧ, а именно к полупроводниковым СВЧ-генераторам, в частности к транзисторным малошумящим СВЧ-генераторам гибридно-интегрального исполнения, застабилизированным высокодобротными резонаторами.

Целью изобретения является существенное (на 10-30 дБ) снижение частотных шумов при сохранении устойчивой генерации в широком диапазоне частот за счет реализации схемы, позволяющей использовать резонаторы повышенной добротности (Q_o=(2÷15) 10⁴), имеющие слабую связь с микрополосковой схемой.

На фиг. 1 показан пример реализации конструкции генератора; на фиг.2 - эквивалентная схема генератора; на фиг.3 - зависимость шумов γ_ч от частоты генерации экспериментальных образцов генератора с полым металлическим резонатором (γ_ч1), экранированным лейкосапфировым резонатором (γ_ч2).

Генератор СВЧ содержит металлизированную с одной стороны диэлектрическую подложку 1 и размещенные на ней биполярный транзистор 2 с выводами электродов 3-5, к которым подключены полосковые отрезки 6-8 соответственно, разомкнутые на концах, первый полуволновый полосковый резонатор 9, разомкнутый на концах, один из которых электромагнитно связан с концом отрезка 8, и второй полуволновый полосковый резонатор 10, имеющий разомкнутые концы, один из которых электромагнитно связан с другим концом резонатора 9, линию вывода мощности 11, один конец которой образует емкостной зазор с разомкнутым концом отрезка 7, высокоомные проводники 12, 13 для подачи напряжения смещения соответственно к выводам 3 и 5, высокоомный проводник 14, соединяющий вывод 4 с заземленным проводником 15, и полуволновый щелевой резонатор 16, выполненный в слое металлизации и расположенный под вторым резонатором 10 приблизительно на равных расстояниях от его разомкнутых концов перпендикулярно ему. В качестве высокодобротного стабилизирующего резонатора 17 использован металлический полый резонатор, электромагнитно связанный с резонатором 16 через окно связи 18, размеры которого должны быть не меньше размеров резонатора 16. При использовании сапфирового резонатора он должен быть помещен в экран.

Работа СВЧ-генератора поясняется эквивалентной схемой, показанной на фиг.2, и включающей транзистор 2, имеющий выводы электродов 3, 4, 5 и резонаторы 6, 8, 9, 10, 16, 17, связанные между собой последовательно с величинами связей соответственно К₁, К₂, К ₃, К₄, К₅. Причем резонаторы 6, 8 соединены соответственно с выводами 3 и 5 для образования положительной обратной связи. Вывод 4 заземлен. Связь между резонаторами 8, 9, 10, 16, 17 электромагнитная. При этом оптимальные величины коэффициентов связи между параллельными резонаторами реализуются подбором взаимного их расположения путем экспериментов или расчетов на ЭВМ.

Оптимальные величина и фаза коэффициента обратной связи обеспечиваются соответствующей настройкой резонаторов и подбором величины связи между ними. Необходимая для нормального функционирования СВЧ генератора величина активной проводимости (G_вн), вносимой в резонатор 8 из высокодобротного стабилизирующего резонатора 17, обеспечивается трансформирующей цепью, составленной резонаторами 9, 10, 16, и определяется формулой:
G_вн= G + где G₈ - собственная проводимость резонатора 8;
Q₈, Q₁₀, Q₁₇ - собственные добротности резонаторов 8, 10, 17 соответственно.

Из этой формулы следует, что малая величина связи между резонаторами К₅ может быть скомпенсирована соответствующим подбором соотношения между величинами связи К₂, К₃, К₄. При этом трансформирующая цепь обеспечивает симметричную характеристику вносимой проводимости в диапазоне перестройки частоты стабилизирующего резонатора. В связи с этим реализуется благоприятное условие для плавного (а в случае использования в качестве резонатора 17 сапфитового резонатора - дискретного) изменения выходных параметров СВЧ-генератора в широком диапазоне перестройки его частоты. При использовании в качестве резонатора 17 полого металлического резонатора уровень частотных шумов снижен на 10 дБ, имеется возможность механической перестройки частоты в широком диапазоне. При использовании в качестве резонатора 17 экранированного резонатора из лейкосапфира уровень частотных шумов снижен на 20 дБ.

Преимущества генератора по шумовым характеристикам, приведенные в таблице, в сочетании с возможностью механической перестройки частоты могут быть использованы при создании малошумящей измерительной аппаратуры, например измерителей флуктуаций частоты. Генератор с лейкосапфировым резонатором на фиксированную частоту может быть использован при создании малошумящих синтезаторов частоты.

Использование: в технике СВЧ, в транзисторных СВЧ-генераторах гибридно-интегрального исполнения. Сущность изобретения: в генератор СВЧ, содержащий на лицевой стороне диэлектрической подложки транзистор 2 с выводами электродов 3,4,5, к которым подключены отрезки микрополосковых линий (МПЛ) 6,7,8, а также первый полуволновой микрополосковый резонатор 9 и высокодобротный резонатор 17, дополнительно введен второй полуволновой микрополосковый резонатор 10, электромагнитно связанный с первым резонатором 9, и щелевой полуволновый резонатор 16. При этом высокодобротный резонатор 17 выполнен в виде полого металлического резонатора или в виде экранированного сапфирового резонатора, который соединен с металлизированной сторой подложки 1 и электромагнитно связан с вторым резонатором 10 полуволновым щелевым резонатором 16, выполненным в слое металлизации подложки 1 и расположенным перпендикулряно резонатору 10. 3 ил., 1 табл.

ГЕНЕРАТОР СВЧ, содержащий диэлектрическую подложку, на лицевой стороне которой расположены транзистор с подключенными к его электродам полосковыми отрезками и первый полосковый резонатор, а на оборотной стороне нанесен слой металлизации, на котором размещен высокодобротный резонатор, отличающийся тем, что, с целью снижения частотных шумов при сохранении стабильности в широком диапазоне частот, в него введен второй полосковый резонатор, который расположен на лицевой стороне подложки и электромагнитно связан с одним концом первого полоскового резонатора, другой конец которого электромагнитно связан с одним из полосковых отрезков, а высокодобротный резонатор электромагнитно связан с вторым полосковым резонатором через щелевой полуволновой резонатор, который выполнен в слое металлизации и расположен перпендикулярно первому полосковому резонатору, при этом оба полосковых резонатора выполнены полуволновыми.