Генератор СВЧ, управляемый напряжением Российский патент 2020 года по МПК H03B5/12 

Генератор СВЧ, управляемый напряжением (ГУН) относится к технике СВЧ и предназначен для создания источников сигнала непрерывной выходной мощности с перестройкой (подстройкой) частоты или для работы в составе цепей фазовой подстройки частоты.

Известна конструкция генератора СВЧ, управляемого напряжением, содержащая транзистор, выводы которого присоединены к отрезкам микрополосковых линий, одна из которых образует вывод мощности генератора, диэлектрический резонатор, электромагнитно связанный с одним из отрезков микрополосковых линий, дополнительный отрезок микрополосковой линии, электромагнитно связанный с диэлектрическим резонатором и одним концом присоединенный к варикапу, управляемому напряжением (Обзоры по электронной технике, Серия 1 Электроника СВЧ, вып.5 (1359): Абраменков А.И., Бродуленко И.И., Геворкян В.М., Ковтунов Д.А. Состояние и перспективы применения миниатюрных диэлектрических резонаторов в перестраиваемых полупроводниковых - М.: ЦНИИ «Электроника», 1988, 70 с., с. 33, рис. 39).

Недостатком такого генератора является невозможность варакторной перестройки частоты генератора с параллельной обратной связи.

Наиболее близкими к предлагаемому техническому решению является генератор СВЧ, управляемый напряжением, содержащий активный элемент с входным и выходным выводами, входной вывод активного элемента соединен с входов электрически управляемого фазовращателя, выход которого соединен с первым концом первого отрезка микрополосковой линии, второй конец которой соединен с первой согласованной нагрузкой, выходной вывод активного элемента соединен с первым концом второго отрезка микрополосковой линии, второй конец которой соединен с второй согласованной нагрузкой, первый и второй отрезки микрополосковых линий электромагнитно связанны между собой диэлектрическим резонатором, размещенным в пространстве между ними на диэлектрическом держателе, второй отрезок микрополосковой линии электромагнитно связан с отрезком линии, образующим выход генератора (Обзоры по электронной технике, Серия 1 Электроника СВЧ, вып.5 (1359): Абраменков А.И., Бродуленко И.И., Геворкян В.М., Ковтунов Д.А. Состояние и перспективы применения миниатюрных диэлектрических резонаторов в перестраиваемых полупроводниковых - М.: ЦНИИ «Электроника», 1988, 70 с., с. 38, рис. 47).

Недостатком такой конструкции генератора являются низкое быстродействие процесса перестройки частоты, большие габариты устройства, обусловленные магнитной системой катушки индуктивности, а также ухудшение шумовых характеристик генератора и уменьшенная добротность колебательной системы генератора, приводит к росту шумов.

Технической задачей изобретения является улучшение энергетических и шумовых характеристик генератора СВЧ.

Технический результат изобретения заключается в повышении быстродействия перестройки частоты.

Это достигается тем, что в генераторе СВЧ, управляемом напряжением, содержащем активный элемент с входным и выходным выводами, размещенный на металлическом основании, и два отрезка микрополосковых линий, второй из которых первым концом подключен к выходному выводу активного элемента, диэлектрический резонатор, размещенный на диэлектрическом основания между отрезками микрополосковых линий, снабжен варикапом в виде электрически управляемой емкости, входной вывод активного элемента соединен с первым концом первого отрезка микрополосковой линии, второй конец которого подключен к первому выводу варикапа, второй вывод варикапа подключен к металлическому основанию, а второй конец второго отрезка микрополосковой линии является вывод мощности генератора СВЧ, управляемого напряжением.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен генератор СВЧ, управляемый напряжением, а на фиг. 2 показаны частотные характеристики диапазона перестройки и сопутствующего изменения выходной мощности генератора.

Генератор СВЧ, управляемый напряжением, содержит активный элемент 1 с входным 2 и выходным 3 выводами, размещенный на металлическом основании 4, два отрезка 5 и 6 микрополосковых линий. Второй отрезок 6 первым концом 7 подключен к выходному выводу 3 активного элемента 1. Диэлектрический резонатор 8 размещен на диэлектрическом основания 9 между отрезками 5 и 6 микрополосковых линий. Входной вывод 2 активного элемента 1 соединен с первым концом 10 первого отрезка 5 микрополосковой линии, второй конец 11 первого отрезка 5 микрополосковой линии подключен к первому выводу 12 варикапа 13, второй вывод 14 которого подключен к металлическому основанию 4, а второй конец второго отрезка 6 микрополосковой линии образует вывод мощности 15 генератора СВЧ.

Генератор СВЧ, управляемый напряжением, работает следующим образом.

Колебательная система генератора образована по принципу параллельной обратной связи через диэлектрический резонатор 8 и электромагнитно связанные с ним отрезки 5 и 6 микрополосковых линий, которые, в свою очередь, подключены к входному 2 и выходному 3 выводам активного элемента 1. Колебательная система определяет рабочую частоту колебаний генератора, соответствующую выполнению условий баланса амплитуд и фаз в системе кольца обратной связи. При изменении резонансной частоты диэлектрического резонатора 8 изменяется условие формирования баланса, который выполняется на иной частоте, пропорциональной изменению частоты диэлектрического резонатора 8. Изменение резонансной частоты диэлектрического резонатора 8 в предлагаемом техническом решении достигается в результате изменения реактивной составляющей входного сопротивления части отрезка 5 микрополосковой линии, нагруженной на емкость варикапа, приведенного к референсной плоскости, включения диэлектрического резонатора 8 в отрезок 5 микрополосковой линии. Применяемый в предложенном техническом решении прием по физической природе аналогичен действию связанной колебательной системы, но в отличие от последней не требует создания дополнительного отрезка микрополосковой линии, которую чрезвычайно сложно вписать в топологию цепи параллельной обратной связи.

Перестройка частоты генерации генератора СВЧ, перестраиваемого напряжением, на основе активного элемента в виде микросхемы усилителя модели 0815 и варикапа модели КА611А-5,Б-5 (в конфигурации 026 (11) - «кроватка»), составляет больше 200 МГц в X диапазоне, что показано на фиг. 2. Пунктирные линии соответствуют обратному направлению изменения напряжения: гистерезис отсутствует. Это позволяет обеспечить подстройку частоты автогенератора (АГ) в диапазоне рабочих температур или для реализации литерного ряда частот АГ. Реально диапазон варакторной перестройки частоты ограничен допустимым уменьшением выходной мощности и добротности ДР. В представленном виде спектральная плотность фазовых шумов генератора составляет минус 70 дБн/Гц при отстройке от несущей на 10 кГц.

Приведенные данные соответствуют бестокой электрической перестройке частоты генерации (закрытым полупроводниковым переходом), что на порядок превосходит скорость перестройки частоты прототипа, перестраиваемого катушкой индуктивности.

Использование изобретения позволяет обеспечить улучшение энергетических и шумовых характеристик генератора СВЧ, при этом повысить быстродействие перестройки частоты.

Генератор СВЧ, управляемый напряжением (ГУН), относится к технике СВЧ, предназначен для создания источников сигнала непрерывной выходной мощности с перестройкой частоты или для работы в составе цепей фазовой подстройки частоты. Технический результат - улучшение энергетических и шумовых характеристик генератора СВЧ, повышение быстродействия перестройки частоты. Генератор СВЧ содержит активный элемент [1] с входным [2] и выходным [3] выводами, размещенный на металлическом основании [4], два отрезка [5] и [6] микрополосковых линий, диэлектрический резонатор [8], размещенный на диэлектрическом основании [9] между отрезками [5] и [6] микрополосковых линий, варикап [13], причем второй конец второго отрезка [6] микрополосковой линии образует вывод мощности [15] генератора СВЧ. Колебательная система генератора образована по принципу параллельной обратной связи через диэлектрический резонатор [8] и электромагнитно связанные с ним отрезки [5] и [6] микрополосковых линий, которые, в свою очередь, подключены к входному [2] и выходному [3] выводам активного элемента [1]. При изменении резонансной частоты диэлектрического резонатора [8] изменяется условие формирования баланса, который выполняется на иной частоте, пропорциональной изменению частоты диэлектрического резонатора [8]. 2 ил.

Генератор СВЧ, управляемый напряжением, содержащий активный элемент с входным и выходным выводами, размещенный на металлическом основании, и два отрезка микрополосковых линий, второй из которых первым концом подключен к выходному выводу активного элемента, диэлектрический резонатор, размещенный на диэлектрическом основании между отрезками микрополосковых линий, отличающийся тем, что снабжен варикапом в виде электрически управляемой емкости, входной вывод активного элемента соединен с первым концом первого отрезка микрополосковой линии, второй конец которого подключен к первому выводу варикапа, второй вывод варикапа подключен к металлическому основанию, а второй конец второго отрезка микрополосковой линии является выводом мощности генератора СВЧ, управляемого напряжением.