Модулятор импульсного передатчика Российский патент 2017 года по МПК H04B1/00 H03K7/00 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для построения модуляторов импульсных передатчиков и электрофизических устройств, использующих в своем составе СВЧ-приборы с сеточным управлением (Клистроны, ЛБВ, ЛОВ и т.п.).

Известны модуляторы импульсов, работающие в составе передатчиков, построенных с применением СВЧ-приборов с сеточным управлением, к таким устройствам относится модулятор, приведенный в описании к патенту 2034400 С1 [1].

Устройство содержит генератор управляющих импульсов, первую и вторую модуляторные лампы, представляющие собой тетроды, первую и вторую параллельные RC цепи, первый и второй электронные ключи, выполненные на транзисторах n-p-n типа, два вторых конденсатора, два первых усилителя, два транзисторных ключа, два первых источника питания, два вторых источника питания, два вторых резистора, два диода, две интегрирующие цепи, нагрузку, дифференцирующую цепь, второй усилитель, трансформатор, дополнительную нагрузку, два третьих конденсатора и два третьих резистора, образующие две параллельные RC-цепи, два первых конденсатора и два первых резистора, образующие две интегрирующие цепи, четвертый конденсатор и резистор, образующие дифференцирующую цепь (Фиг. 1).

Недостатком этого устройства является наличие двух электронных ключей (первая и вторая модуляторные лампы), сложная схема управления ключами, содержащая транзисторные и операционные усилители, а также четыре источника питания, что снижает его надежность.

Более совершенными являются передатчики с модуляторами, выполненными на базе мощных MOSFET транзисторов, образующих два ключевых устройства, закрывающий СВЧ-прибор ключ, подключенный к источнику смещения, и открывающий ключ, подключенный к источнику превышения. (Фиг. 2) [2]

Каждое из этих двух ключевых устройств состоит из нескольких последовательно соединенных транзисторов, количество которых зависит от коммутируемого ими напряжения.

Недостатком модуляторов такого типа (Фиг. 2) является наличие двух ключей, в свою очередь имеющих такой недостаток, как неравномерное распределение напряжения по цепочке последовательно соединенных транзисторов, снижающее надежность устройства, а также наличие паразитных емкостей. Кроме того, модулятор имеет сложную схему управления транзисторными ключами, что дополнительно снижает его надежность.

Общим недостатком известных устройств является относительно низкая надежность, обусловленная большим количеством составляющих их элементов и высокая стоимость, обусловленная использованием дорогостоящих комплектующих изделий, таких как MOSFET транзисторы, генераторные электронные приборы, операционные усилители.

Целью изобретения является упрощение модулятора импульсного передатчика, повышение его надежности и уменьшение стоимости.

Поставленная цель достигается исключением ключевых устройств путем непосредственного подключения импульсного трансформатора к управляющей сетке СВЧ-прибора, на которую подается положительный открывающий импульс, подавляющий отрицательное, закрывающее СВЧ-прибор, напряжение смещения.

Такой способ управления СВЧ-приборами правомочен в связи с малой мощностью, потребляемой их сетками, что характерно для большинства СВЧ-приборов с сеточным управлением.

На Фиг. 3 представлена структурная схема предлагаемого модулятора импульсного передатчика.

Модулятор импульсного передатчика содержит генератор управляющих импульсов (ГУИ) 1, согласующий резистор 2, импульсный трансформатор 3, антипаразитный резистор 4, СВЧ-прибор 5, источник смещения 6, накопительный конденсатор 7, источник коллекторного напряжения 8.

Первый выход ГУИ 1 соединен с первым выводом согласующего резистора 2, второй вывод которого соединен со вторым выводом ГУИ 1, причем первый вывод согласующего резистора 2 подключен к первому выводу (1) первичной обмотки импульсного трансформатора 3, а второй вывод - ко второму выводу (2) импульсного трансформатора 3; первый вывод (3) вторичной обмотки импульсного трансформатора 3 через антипаразитный резистор 4 подключен к управляющей сетке СВЧ-прибора 5, второй вывод (4) вторичной обмотки импульсного трансформатора 3 подключен к отрицательному выводу источника смещения 6 и к первому выводу накопительного конденсатора 7, второй вывод которого соединен с положительным выводом источника смещения 6, катодом СВЧ-прибора 5 и отрицательным выводом источника коллекторного напряжения 8, положительный вывод которого заземлен и соединен с коллектором СВЧ-прибора 5.

Модулятор импульсного передатчика работает следующим образом. При подаче управляющих импульсов необходимой величины и скважности, вырабатываемых ГУИ 1, на первичную обмотку импульсного трансформатора 3, положительные импульсы, образующиеся в его вторичной обмотке, превышающие напряжение источника смещения 6, поступают на управляющую сетку СВЧ-прибора 5, через резистор 4, открывая СВЧ-прибор 5. При этом вторичная обмотка импульсного трансформатора 3, источник смещения 6 и накопительный конденсатор 7, обеспечивающий импульсный и импульсно-кодовый режимы работы модулятора импульсного передатчика, находятся под потенциалом коллекторного источника питания СВЧ-прибора 8.

Преимущества предлагаемого модулятора импульсного передатчика состоят в существенном уменьшении элементов, составляющих модулятор импульсного передатчика. Учитывая, что все элементы модулятора импульсного передатчика, при сеточном управлении СВЧ-приборами, находятся под напряжением источника коллекторного напряжения, для реализации модулятора, например фиг. 1, потребуются высокопотенциальные трансформаторы накала генераторных (модуляторных) ламп, источников питания и других элементов, сложных и трудоемких в изготовлении. Одновременно исключаются и транзисторы, операционные усилители, другие элементы, находящиеся под высоким напряжением (от 10 кВ и выше), которые в силу неизбежных утечек надежно работать не могут.

Таким образом, за счет исключения дорогостоящих, работающих под высоким напряжением, существенно повышается надежность, снижается сложность и стоимость предлагаемого устройства.

Работоспособность предлагаемого модулятора импульсного передатчика была проверена на макете при длительностях импульса 2 мкс и частоте, их следования 2000 Гц применительно к параметрам мощного усилительного клистрона КИУ-234.

Литература

1. Импульсный модулятор. Ростовцев В.И., Тачков Н.И., Чуков П.Н., Полторацкий Б.Ф. Патент на изобретение №2034400 С1.

2. Высоковольтные импульсные модуляторы. Казанцев В.И., Сергеев В.Г., Платонов С.А. "Наука и образование" 11.11.2011 г., МГТУ им. Баумана, г. Москва.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования импульсов управления СВЧ-приборами с сеточным управлением (Клистроны, ЛБВ и т.п.) в передающих и других электрофизических устройствах. Технический результат - упрощение устройства и повышение надежности. Модулятор импульсного передатчика содержит генератор управляющих импульсов, соединенный с первичной обмоткой импульсного трансформатора, параллельно с которой включен согласующий резистор, причем первый вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора через антипаразитный резистор соединен с управляющей сеткой СВЧ-прибора, а второй вывод вторичной обмотки - с отрицательным выводом источника смещения и первым выводом накопительного конденсатора, второй вывод которого соединен с положительным выводом источника смещения, катодом СВЧ-прибора и отрицательным выводом источника коллекторного напряжения, положительный вывод которого заземлен и соединен с коллектором СВЧ-прибора. 3 ил.

Модулятор импульсного передатчика, содержащий СВЧ-прибор с сеточным управлением, генератор управляющих импульсов, соединенный с первичной обмоткой импульсного трансформатора, параллельно с которой включен согласующий резистор, источник смещения, накопительный конденсатор и источник коллекторного напряжения, отличающийся тем, что с целью его упрощения и повышения надежности первый вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора через антипаразитный резистор подключен к управляющей сетке СВЧ-прибора, а второй вывод импульсного трансформатора соединен с отрицательным выводом источника смещения, шунтированного накопительным конденсатором, причем положительный вывод источника смещения соединен с катодом СВЧ-прибора, и отрицательным выводом источника коллекторного напряжения, положительный вывод которого заземлен и соединен с коллектором СВЧ-прибора.