ГЕНЕРАТОР СВЧ- И КВЧ- КОЛЕБАНИЙ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕСТРОЙКОЙ ЧАСТОТЫ Российский патент 1995 года по МПК H03B7/14 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в измерительной технике, устройствах ближней локации, медицине.

Известны генераторы с электрической перестройкой частоты варактором, содержащие активный диод и варактор в цилиндрических корпусах, расположенных на одной оси [1] [4]
Известен перестраиваемый генератор Ганна с подвешенной полосковой линией, содержащий активный диод и варикап, смонтированные в цилиндрических корпусах и расположенные один над другим. Один электрод каждого из диодов соединен с корпусом генератора, другие же свободные электроды обращены друг к другу и соединены между собой через диэлектрическую пластину с нанесенными на нее проводниками для подачи питания и связи с нагрузкой. Оси диодов приблизительно находятся на одной прямой [1]
Недостатками описанной конструкции являются наличие прижимных контактов и связанная с ними сложность сборки и монтажа, обусловленные требованиями высокой точности сборки для обеспечения надежной работы прижимных контактов при механических и климатических воздействиях. Прижимные контакты имеют также свойство изменять свои характеристики на высоких частотах в результате старения, что снижает надежность устройств, в которых они используются.

Кроме того, введение в резонансную систему неоднородности в виде подвешенной полосковой линии приводит к уменьшению полосы рабочих частот генератора, сколкам частоты и срыву генерации.

Известен также интегральный коаксиальный генератор Ганна с перестройкой варактором, в котором оси симметрии активного элемента и варактора расположены на одной прямой [2]
Недостатками коаксиальной конструкции так же, как и конструкции с подвешенной полосковой линией, являются сложность сборки и монтажа, уменьшение надежности из-за использования прижимных контактов.

В известной заявке Франции [3] описываются смонтированные в цилиндрических корпусах генераторный диод и варактор, расположенные друг над другом. Каждый из диодов одним из электродов соединен с корпусом генератора, а другие свободные электроды соединены между собой посредством радиального диска, служащего для регулирования импеданса.

Недостатки данной конструкции аналогичны недостаткам конструкции, описанной в [1] с той лишь разницей, что в последней конструкции неоднородностью резонансной системы является радиальный диск между диодами. К недостаткам конструкции можно отнести и то, что источник питания по меньшей мере одного из диодов должен иметь клеммы, не связанные с другим источником и корпусом генератора. Данная схема питания приводит к дополнительному усложнению конструкции генератора и источников питания.

Наиболее близким по технической сущности является генератор с электрической перестройкой частоты, содержащий отрезок прямоугольного волновода, на широких стенках которого друг напротив друга смонтированы генераторный диод и варикап. Каждый из диодов одним из электродов соединен с корпусом генератора, а между свободными электродами имеется зазор, заполненный диэлектрической пластиной [4]
Недостатками этой конструкции также является наличие прижимных контактов между диодами и диэлектрической пластиной, приводящих к снижению надежности работы генератора при механических и климатических воздействиях.

Наличие неоднородности в резонансной системе в виде диэлектрической пластины приводит к уменьшению полосы рабочих частот генератора, скачкам частоты и срыву генерации.

Целью изобретения является повышение технологичности, упрощение конструкции, улучшение эксплуатационных характеристик, расширение диапазона рабочих частот генератора.

Это достигается тем, что в генераторе СВЧ и КВЧ колебаний с электрической настройкой частоты, содержащем смонтированные в цилиндрических корпусах диод с отрицательным сопротивлением и варикап, соединенные каждый одним из электродов с корпусом генератора и установленные в метализированной полости корпуса генератора друг над другом (оси симметрии диодов находятся приблизительно на одной прямой, свободные электроды диодов отделены друг от друга воздушным зазором и присоединены через отрезки проводников и фильтры нижних частот к источникам питания. В качестве диэлектрика зазора выбран воздух.

Один или оба диода могут быть расположены в центре цилиндрических углублений в широких станках выходного короткозамкнутого отрезка волновода, высота которого меньше суммы высот диодов и воздушного зазора между ними.

Для получения максимальной полосы перестройки генератора диоды располагают на плоских поверхностях цилиндрической полости, находящейся вне выходного волновода таким образом, что центры электродов диодов приблизительно находятся на оси симметрии полости, и к свободному электроду одного из диодов присоединен одним концом отрезок проводника, который через отверстие в боковой цилиндрической поверхности выводится в выходной волновод.

На фиг. 1 3 схематически изображены варианты конструкций генератора с электрической перестройкой частоты.

Диод с отрицательным сопротивлением (активный диод) 1 и варикап 2 в цилиндрических корпусах установлены (соединены) каждый одним из своих электродов на пpотивоположных стенках металлизированной полости 3 в генераторе (например, в волноводе), оси диодов расположены приблизительно на одной прямой, свободные электроды диодов направлены друг к другу. Между свободными электродами диодов оставлен воздушный зазор (электрического контакта нет). Питание диодов осуществляется через проволочные проводники 4, которые изолированы по СВЧ от источников питания фильтрами нижних частот 5, выполненные, например, в виде сосредоточенной емкости.

Если диоды находятся в короткозамкнутом отрезке волновода (на его широких стенках), то один из них или оба могут быть расположены каждый в своей цилиндрической полости (углубление), ось симметрии которой приблизительно совпадает с осью симметрии диода, который в ней расположен.

Кроме того, диоды 1, 2 могут быть расположены в дополнительной цилиндрической полости 6, ось симметрии которой приблизительно совпадает с осями симметрии диодов, расположенной вне волновода 3 (см. фиг.3). При этом связь диодного контура с короткозамкнутым отрезком выходного волновода осуществляется с помощью отрезка проводника 7, подсоединенного одним концом к активному диоду или варикапу. Часть проводника 7 расположена в полости выходного волновода 3. В качестве проводника 7 может быть использован проводник питания активного диода.

При подаче питающих напряжений токи высокой частоты, возникающие на активном диоде 1, замыкаются через воздушный зазор между свободными электродами диодов, варикап и волновод, связанный с нагрузкой генератора. При этом воздушный зазор между диодами это отрезок радиальной линии (размеры электродов существующих диодов сравнимы с длиной волны), импеданс которой на внешней (боковой) поверхности имеет, как правило, емкостной характер. При этом размер зазора или диаметры свободных электродов диодов (на свободные электроды диодов можно напаивать плоские диски, которые имеют размер больший, чем размер электрода диода) выбираются так, чтобы контур для токов высокой частоты резонировал на заданной частоте. Электрическая регулировка рабочей частоты генератора осуществляется изменением напряжения питания на варикапе.

В случае расположения диодов в цилиндрической полости вне волновода (см. фиг.3) достигается минимальная добротность диодного контура генератора и тем самым достигается максимальная полоса электрической перестройки частоты генератора.

Предложенная конструкция генератора СВЧ и КВЧ колебаний с электрической перестройкой частоты максимально проста легко поддается регулировке, надежна при климатических и механических воздействиях и может быть использована в широком диапазоне частот.

Использование: в радиотехнике, измерительной технике, радиолокации, медицине. Сущность изобретения: в генераторе СВЧ- и ВЧ-колебаний с электрической перестройкой частоты, содержащем металлизированную полость корпуса, на противоположных стенках которой установлены генераторный и варакторный диоды, разделенные диэлектрическим зазором, в местах установки диодов в стенках полости выполнены соосные с диодами цилиндрические углубления, а в качестве диэлектрика зазора выбран воздух. 3 ил.

ГЕНЕРАТОР СВЧ- И КВЧ- КОЛЕБАНИЙ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕСТРОЙКОЙ ЧАСТОТЫ, содержащий металлизированную полость корпуса, на противоположных стенках которой соосно друг против друга установлены одними электродами генераторный и вариаторный диоды, другие электроды которых подключены к соответствующим источникам питания и разделены диэлектрическим зазором, отличающийся тем, что в стенках металлизированной полости, например, в широких стенках волновода, в местах установки диодов выполнены соосно с диодами цилиндрические углубления, а в качестве диэлектрика зазора выбран воздух.