МАЛОШУМЯЩИЙ СВЧ-ГЕНЕРАТОР Российский патент 1994 года по МПК H03B5/18 

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к полупроводниковым СВЧ-генераторам на транзисторах.

Целью изобретения является снижение уровня частотных шумов.

На чертеже изображен предложенный СВЧ-генератор.

Он содержит транзистор 1, к эмиттеру которого подключен одним концом первый микрополосковый шлейф 2 полуволновой длины, к коллектору первым концом - второй микрополосковый шлейф 3 полуволновой длины, электромагнитно связанный через высокодобротный резонатор 4 с третьим микрополосковым шлейфом 5, разомкнутым на первом конце и соединенным вторым концом с вторым входом блока 6 частотной автоматической подстройки частоты (ЧАПЧ). Первый вход блока 6 подключен к другому концу первого шлейфа 2, а к точке их соединения одними концами подключены четвертый полуволновый и пятый четвертьволновый шлейфы 7 и 8. Другой конец шлейфа 8 разомкнут, а шлейф 7 соединен с одним выводом варикапа 9 и с первым выходом блока 6, второй выход которого является выходом генератора.

На чертеже также показаны элементы L, C, R фильтров цепей питания транзистора 1.

Возбуждение колебаний в СВЧ-генераторе обеспечивается за счет положительной обратной связи в самом транзисторе 1, создаваемой паразитной емкостью С_ке, а также созданием оптимальных нагрузок эмиттера и коллектора, что достигается соответствующим выбором длин первого, второго, четвертого и пятого микрополосковых шлейфов 2, 3, 7, 8 и коэффициентов связи второго микрополоскового шлейфа 3 и третьего микрополоскового шлейфа 5 с высокодобротным резонатором 4.

Для обеспечения глубокой параметрической стабилизации в цепь коллектора высокодобротный резонатор 4 включен по схеме двухполюсника.

Сигналы, генерируемые в транзисторе 1, передаются на входы блока ЧАПЧ 6 по двум разным путям, имеющим различные частотно-избирательные свойства. Один - широкополосный путь: из эмиттера транзистора 1 к первому входу блока 6, другой - узкополосный путь: из коллектора транзистора 1 через высокодобротный резонатор 4 к второму входу блока 6. Сигнал, проходящий по этому узкополосному пути, ввиду высокой добротности резонастора 4 получает дополнительный частотно-избирательный фазовый сдвиг, определяемый величиной расстройки частоты генерации относительно частоты резонатора 4, т.е. в конечном счете флуктуациями - частотными шумами СВЧ-генератора. Результирующий низкочастотный сигнал ошибки с выхода блока 6 подается в противофазе на управляющий варикап 9, при этом обеспечивается точная автоподстройка частоты СВЧ-генератора под частоту резонатора 4, т.е. подавление частотных шумов генератора. За счет дополнительной резистивной нагрузки эмиттера транзистора 1 достигается подавление паразитных колебаний и генераторе на нерабочих резонансных частотах колебательной системы, т.е. улучшаются шумовые спектральные характеристики генератора в широкой полосе частот анализа. Так как резистивной нагрузкой в данном случае является полезная нагрузка, подключаемая к первому входу блока 6, то подавление паразитных колебаний происходит без потерь мощности - вся мощность, выводимая из цепи эмиттера транзистора 1, используется для выделения шумов и затем передается в выходную полезную нагрузку.

Подключение второго входа блока 6 через высокодобротный резонатор 4 к коллектору транзистора 1 позволяет реализовывать одновременно с режимом выделения и последующей компенсации частотных шумов наиболее сильную параметрическую стабилизацию частоты по методу двухполюсного включения резонатора 4. Кроме того, выходная мощность из цепи коллектора транзистора 1 в схеме с общей базой обычно больше, чем мощность из цепи эмиттера. Это необходимо для работы СВЧ-генератора, так как в нем одна часть мощности из коллектора используется для параметрической стабилизации частоты резонатором 4, а другая - для выделения шумов и выработки управляющего сигнала в блоке 6 ЧАПЧ. Заземление базы транзисторов 1 обеспечивает оптимизацию энергетического и теплового режимов.

Режим компенсации шумов обеспечивается за счет подачи управляющего сигнала блока 6 ЧАПЧ на активную часть транзистора 1, не связанную непосредственно с высокодобротным резонатором 4.

Кроме того, электрический управляемый элемент подстройки частоты (варикап 9) не вносит дополнительные шумы в кольцо обратной связи системы ЧАПЧ, поскольку на управляющем элементе рассеивается минимальная мощность СВЧ-генератора, к тому же этот элемент не снижает нагруженную добротность СВЧ-генератора за счет подключения варикапа 9 к эмиттеру транзистора 1.

Таким образом, данная схема СВЧ-генератора обеспечивает достижение низкого уровня частотных шумов за счет наиболее полного использования (наименьших потерь) мощности транзистора, наилучшего сочетания режимов параметрической стабилизации, компенсации частотных шумов (системой ЧАПЧ) и подавления паразитных колебаний.

У экспериментальных образцов генераторов трехсантиметрового диапазона длин волн достигнут наиболее низкий (по сравнению с известными зарубежными и отечественными полупроводниковыми генераторами) уровень частотных шумов: -135 дБ/Гц на частоте анализа F=5 кГц от несущей. При этом с ростом частоты анализа от 5 до 200 кГц уровень частотных шумов дополнительно снижается по закону, близкому к 1/р². Указанные параметры сохраняются при воздействии дестабилизирующих факторов.

Использование: в технике СВЧ в качестве малошумящего СВЧ-генератора. Сущность изобретения: в СВЧ-генераторе, содержащем биполярный транзистор 1, включенный по схеме с общей базой, высокодобротный резонатор 4, управляющий варикап 9, первый, второй, третий, четвертый и пятый микрополосковые согласующие шлейфы 2,3,5,7,8, эмиттер транзистора 1 через первый микрополосковый щлейф 2 длиной λ/2 (где λ - длина волны в микрополосковой линии), к первому микрополосковому шлейфу подключен пятый 8 шлейф длиной l/4 - разомкнутый на конце, третий шлейф 5, разомкнутый на одном конце, электромагнитно связан с высокодобротным резонатором 4 в месте, отстоящем от разомкнутого конца на λ/4, и через него электромагнитно связан с вторым шлейфом 3 длиной λ/2, один конец которого разомкнут, а другой подключен к коллектору транзистора 1. Связь осуществлена в месте, отстоящем на λ/4, от разомкнутого конца шлейфа 3. Управляющий варикап 9 первым входом через четвертый микрополосковый шлейф длиной λ/2 (7) подключен в соединение первого и пятого микрополосковых шлейфов 2 и 8, куда подключен первый вход блока частотной автоподстройки (ЧАПЧ) 6, второй вход которого подключен к другому концу третьего шлейфа 5, первый выход блока 6 подключен к первому выводу варикапа 9, а второй выход является выходом генератора. 1 ил.

МАЛОШУМЯЩИЙ СВЧ-ГЕНЕРАТОР, содержащий включенный по схеме с общей базой биполярный транзистор, к эмиттеру которого подключен одним концом первый микрополосковый шлейф, к коллектору - первым концом второй микрополосковый шлейф, электромагнитно связанный через высокодобротный резонатор с третьим микрополосковым шлейфом, разомкнутым на первом конце, варикап и блок автоподстройки частоты (АПЧ), отличающийся тем, что, с целью снижения частотных шумов, введены четвертый полуволновый и пятый четвертьволновой шлейфы, которые одними концами подключены к другому концу первого микрополоскового шлейфа и к первому выходу блока АПЧ, второй выход которого является выходом генератора, другой конец четвертого микрополоскового шлейфа - разомкнут, а пятого - соединен с одним выводом варикапа, подключенного другим выводом к общей шине, и с первым входом блока АПЧ, второй вход которого подсоединен к второму концу третьего микрополоскового шлейфа, при этом области связи второго и третьего шлейфов с высокодобротным резонатором отстоят от их второго и первого концов соответственно на четверть длины волны.