ГЕНЕРАТОР СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ Российский патент 2002 года по МПК H03B5/18 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередающих устройствах сверхвысоких частот (СВЧ).

Известны транзисторные генераторы, в которых для повышения температурной стабильности частоты используется метод термокомпенсации с помощью варикапа, включенного по высокой частоте в контур генератора [1]. В таких генераторах напряжение на варикапе изменяется с помощью терморезистора, включенного в цепь смещения на варикап, при этом обеспечивается изменение частоты генератора при изменении температуры, противоположное изменению частоты от воздействия температуры. Недостатком схем термокомпенсации уходов частоты транзисторных генераторов с помощью варикапов является невозможность использования таких схем в генераторах большого уровня мощности (10-30 Вт) из-за малой допустимой рассеиваемой мощности варикапов, а также в импульсных генераторах, в которых имеет место значительная частотная модуляция несущей частоты. Частотная модуляция в транзисторных импульсных генераторах с варикапами объясняется тем, что из-за наличия высокочастотного напряжения на варикапе его средняя емкость, определяющая частоту генератора, зависит от амплитуды этого напряжения [2] , что проявляется на фронте и срезе радиоимпульса, то есть при нарастании и спаде амплитуды колебаний высокой частоты.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является импульсный транзисторный автогенератор [3]. Генератор выполнен по схеме с общей базой. В коллекторе включена согласующая цепь для согласования выходного импеданса транзистора с нагрузкой. Резонансный контур образован емкостью в цепи эмиттер-база и внутренней индуктивностью входного импеданса транзистора. Обратная связь между коллектором и эмиттером транзистора производится за счет связи внутри транзистора. Преимущества таких генераторов заключается в том, что они просты в изготовлении и регулировке.

Недостатком генератора является низкая температурная стабильность частоты выходного сигнала. По имеющимся данным [4], относительная температурная нестабильность частоты такого типа генераторов составляет ~6•10^-3.

Техническим результатом изобретения является увеличение температурной стабильности частоты мощных генераторов СВЧ непрерывного сигнала и импульсных генераторов СВЧ.

Технический результат достигается тем, что в генератор, содержащий транзистор, согласующую цепь в коллекторе транзистора и конденсатор резонансного контура в цепи эмиттера, подключенный первым выводом к эмиттеру, а вторым выводом к заземленной плоскости, и фильтры питания, введены pin-диод и резистивный делитель, который включен между источником питания и заземленной плоскостью, причем в нижнее плечо резистивного делителя включен терморезиотор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, а в верхнее плечо - терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления, при этом pin-диод отрицательным электродом подключен к заземленной плоскости, а положительным электродом - ко второму выводу конденсатора резонансного контура генератора и через фильтр питания к нижнему плечу резистивного делителя.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема генератора СВЧ, на фиг.2 - зависимость частоты генератора от тока рin-диода, на фиг.3 представлена эквивалентная схема pin-диода.

Генератор (фиг.1) содержит транзистор 1, включенный по схеме с общей базой. Резонансная система генератора образована конденсатором 2, pin-диодом 3 и импедансом эмиттер-база транзистора 1. Для согласования выхода генератора с передающим трактом в коллекторе транзистора 1 включена согласующая цепочка в виде разомкнутого отрезка микрополосковой линии 4 с волновым сопротивлением W и длиной l. Обратная связь осуществляется за счет внутренних емкостей транзистора 1. Резисторы 5, 6 образуют делитель напряжения, обеспечивающий требуемое напряжение на рin-диод. Резистор 5 - терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления, резистор 6 - терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Индуктивности 7, 8, 9 и блокировочные конденсаторы 10, 11, 12 являются элементами НЧ фильтров в цепях подачи напряжения питания на транзистор 1 и управляющего напряжения на pin-диод 3. В схему также включен разделительный конденсатор 13, через который осуществляется съем мощности генератора.

Из [5] известна эквивалентная схема pin-диода, которая представлена на фиг. 3. В этой схеме: индуктивность 14 вывода диода, емкость 15 корпуса диода, сопротивление 16 и емкость 17 перехода диода Rg и Cg. Эквивалентное последовательное сопротивление pin-диода по высокой частоте имеет комплексный характер Z= R+jХ. Расчет показывает, что реактивная часть эквивалентного сопротивления pin-диода имеет емкостный характер:

где
B = ω(RgCgA+L_в);

Отсюда видно, что емкостная составляющая сопротивления pin-диода зависит от сопротивления перехода диода Rg. В то же время из [5] известно, что остальные параметры эквивалентной схемы диода, кроме Rg, не зависят от постоянного тока, протекающего через pin-диод. Таким образом, изменение тока, протекающего через pin-диод, вызывает изменение сопротивления диода Rg, что приводит к изменению эквивалентной емкости диода и, следовательно, к изменению частоты генератора. Как правило, частота колебаний генератора при понижении температуры окружающей среды увеличивается, а при повышении температуры - уменьшается. В предлагаемом генераторе при понижении температуры сопротивление резистора 6 увеличивается, что приводит к увеличению напряжения смещения на диоде и, следовательно, к увеличению тока через диод. При этом частота генератора уменьшается (фиг.2), компенсируя увеличение частоты генератора. Аналогично происходит компенсация уменьшения частоты генератора при повышении температуры окружающей среды.

Включение в цепь смещения на диод только резистора с отрицательным коэффициентом сопротивления оказывается недостаточным для получения требуемых уходов частоты. Это происходит по причине недостаточного изменения тока через диод при изменении температуры окружающей среды. Для увеличения пределов изменения тока через диод в верхнее плечо резистивного делителя включен резистор 5 с положительным температурным коэффициентом сопротивления. При понижении температуры окружающей среды сопротивление резистора 5 уменьшается, что приводит к дополнительному увеличению напряжения смещения на pin-диод и, как следствие, к дополнительному увеличению тока через диод. Из фиг.2 видно, что это приведет к большей величине компенсации ухода частоты.

Уменьшение нестабильности частоты генератора позволяет уменьшить полосу пропускания приемника, что повысит потенциал радиолинии при сохранении мощности передатчика. По сравнению с прототипом предлагаемый генератор имеет более высокую температурную стабильность частоты Δf/f≤10^-3 (у прототипа Δf/f = 6•10^-3).
Использованная литература:
1. Г.Б. Альтшуллер. Управление частотой кварцевых генераторов. М.: Связь, 1975г., с.239.

2. Г. Т. Шитиков. Стабильные генераторы метровых и дециметровых волн. М. : Радио и связь, 1983г., с.75 - 78.

3. Заявка ФРГ 2648767, H 03 B 5/18, 1978г. (прототип).

4. В.Л. Аронов, Ю.И. Быструшкин, Х.Н. Гайнанов и др. Интегральный транзисторный СВЧ автогенератор для передатчика аэрологического радиозонда с выходной мощностью 0,6 Вт на частоте 1,78 ГГц. - Электронная техника, сер. 11, вып.2(6), 1976г.

5. А. В. Вайсблаг. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах. М.: Радио и связь, 1987г.

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться в радиопередающих устройствах сверхвысоких частот. Техническим результатом является увеличение температурной стабильности частоты. Генератор содержит транзистор, согласующую цепь в коллекторе транзистора, конденсатор резонансного контура в цепи эмиттера транзистора, включенный между эмиттером и заземленной плоскостью, НЧ-фильтры питания, pin-диод и резистивный делитель, который включен между источником питания и заземленной плоскостью. В нижнее плечо резистивного делителя включен терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, а в верхнее плечо - с положительным температурным коэффициентом сопротивления, pin-диод отрицательным электродом подключен к заземленной плоскости, а положительным электродом - ко второму выводу конденсатора резонансного контура генератора и через фильтр питания к нижнему плечу резистивного делителя. 3 ил.

Генератор сверхвысоких частот, содержащий транзистор, включенный по схеме с заземленной базой, согласующую цепь в коллекторе транзистора, конденсатор для съема мощности, подключенный к коллектору транзистора, конденсатор резонансного контура в цепи эмиттера транзистора, подключенный первым выводом к эмиттеру транзистора, низкочастотные фильтры в цепях эмиттера и коллектора транзистора, отличающийся тем, что в него введены pin-диод, подключенный положительным электродом ко второму выводу конденсатора резонансного контура, а отрицательным электродом к заземленной плоскости, резистивный делитель напряжения, состоящий из двух терморезисторов, включенный между источником питания и заземленной плоскостью, низкочастотный фильтр в цепи напряжения смещения на pin-диод, причем первый вывод индуктивности фильтра подключен к положительному электроду pin-диода, а второй вывод - к соединенным отводу резистивного делителя и первому выводу конденсатора фильтра, второй вывод которого подключен к заземленной плоскости, при этом терморезистор делителя напряжения с положительным температурным коэффициентом сопротивления включен между источником питания и отводом делителя, а терморезистор делителя с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления - между отводом делителя и заземленной плоскостью.