Импульсно-кодовый модулятор для СВЧ генератора М-типа Советский патент 1987 года по МПК H03K3/53 

t12

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использова-t но в импульсных радиопередающих устройствах.

Цель изобретения - повьшение ус- тойчивости йозбзгасдения основного вида колебаний СВЧ-генератора М-типа.

На фиг. 1 приведена функциональная схема импульсно-кодового модулятора; на фиг. 2 - его эквивалентная схема; на фиг. 3 эпюры напряжений в основных точках схемы устройства.

Импульсно-кодовый модулятор содержит источник 1 питания, зарядный элемент 2, емкостной накопитель 3 энергии, коммутатор 4, импульсный трансформатор 5, резистор 6, дополнительный коммутатор 7, нагрузку 8 (СВЧ-генератор М-типа), генератор 9 запускающих импульсов, первый элемен 10 задержки, первый подмодулятор 11, первый элемент 12 развязки, второй подмодулятор 13, второй элемент 14 развязки, второй элемент 15 задержки и третий подмодулятор 16.

К вьшодам источника 1 питания подключены последовательно соединенные зарядный элемент 2 и накопитель 3, параллельно которому включены последовательно соединенные первичная обмотка импульсного трансформатора 5 и коммутатор 4. К вторичной обмотке трансформатора 5 подключены последовательно соединенные нагрузка 8 и резистор 6, параллельно которому включен дополнительный коммутатор 7 в проводящем направлении. Выход генератора 9 соединен с управляющим входом коммутатора 4 через элемент 10 задержки, подмодулятор 11 и элемент 12 развязки, а также через подмодулятор 13 и элемент 14 развязки. Выход генератора 9 подключен к управляющему входу коммутатора 7 через элемент 15 задержки и подмодулятор 16.

На эквивалентной схеме импульсно- кодового модулятора (фиг. 2) представлены: коммутатор 4 модулятора - двумя параллельно соединенными цепями, содержащими последовательно сое- диненные ключ 17 (18) и внутреннее сопротивление R- (R, ) открытого комммутатора4модулятора, при этом .предполагается, что замыканию ключа 7 соответствует подача на управляю- щий электрод импульса с выхода первого подмодулятора I1, а замыканию ключа 18 - с второго подмодулятора 13; импульсный трансформатор -5 - ин

5 0

0 5

632

дуктивностью рассеяния Ц и индуктивностью намагничивания дополнительный коммутатор 7 - последовательно соединенными ключом 19 и сопротивлением Rj,j открытого коммутатора; нагрузка 8 (генератор СВЧ) - сопротивлением R, равным динамическому сопротивлению генератора СВЧ во время его работы, которое включается ключом 20 при достижении на генераторе порогового напряжения, сопротивлением Н„ , равным сопротивлению генератора СВЧ прИ напряжении на последнем ниже порогового, и емкостью С,, которой учтены емкость генератора СВЧ, емкость монтажа и паразитная емкость обмоток импульсного трансформатора 5,

Импульсно-кодовый модулятор работает следующим образом.

Б исходном состоянии накопитель 3 заряжен приблизительно до уровня напряжения источника 1 питания, во всех остальных: точках схемы импульс- но-кодового модулятора напряжения и токи равны нулю.

В момент.-времени t с выхода генератора 9 запускающих импульсов импульс и (фиг. 3,а).подается одновременно на элементы 10 и 15 задержки и второй подмодулятор 13, на выходе которого формируется импульс и (фиг. 3,в). Через злемент 14 развязки, который так же, как и элемент 12 развязки, предназначен для устра- нения взаимного влияния подмодулято- ров 11 и 13, этот импульс Uj, . (фиг. 3,г) поступает на управляющий вход коммутатора 4 модулятора и приоткрывает его - замыкается ключ 18 (фиг. 2). При этом на- ,чинает протекать ток по цепи (фиг. 2) плюсовой вывод накопителя 3 - внутреннее сопротивление R-, коммутатора 4 модулятора - индуктив- 5 ность рассеяния Lg импульсного трансформатора 5 - резистор 6 - емкость С нагрузки 8 минусовой вывод накопителя 3. При протекании данного тока происходит заряд емкости С.

Во время формирования фронта импульса можно пренебречь током, протекающим через индуктивность намагни- чивания Ъ. и через сопротивление Н. генератора СВЧ, из-за малой величины данных токов по сравнению с током заряда емкости С,, а также для упрощения описания процессов в модуляторе. Кроме того, накопитель 3 можно

считать источником питания с бесконечно малым внутренним сопротивлением, так как величина емкости накопителя 3 намного больше величины емкости С. . При принятых допущениях заряд емкости С (формирование фронта импульса) происходит в контуре R и определяется параметрами этого контура, переменной величиной в котором является сопротивление, равное сумме сопротивлений RJ- и сопротивления резистора 6, Так как величина сопротивления резистора 6 выбирается из условия обеспечения минимального времени разряда емкости С через индуктивность намагничивания L при формировании заднего фронта импульса и по- слеимпульсного переходного процесса, то изменение длительности переднего фронта импульса достигается измене- нием величины сопротивления Е, внутреннего сопротивления коммутатора 4 модулятора, что, в свою очередь может быть получено изменением вели- чины амплитуды импульса на выходе второго подмодулятора 13.

Изменение амплитуды импульса может быть получено изменением питающего напряжения на подмодуляторе 13.

При увеличении амплитуды импульса

и„ (пунктир, фиг. 3,в) и и, (пунктир, фиг, 3,г) на управляющем входе коммутатора 4 модулятора - уменьшении внутреннего сопротивления Ri, коммутатора 4 модулятора - происходит рост напряжения U,, (пунктир, фиг. 3,е) на .вторичной обмотке импульсного трансформатора 5 и увеличение скорости нарастания напряжения U, (пунктир, |фиг. 3,з) на нагрузке.

При достижении в момент времени t.j (фиг. 3,з) уровня напряжения Ц, , равного пороговому напряжению U,

СВЧ-генератора, параллельно емкости подключается сопротивление R (замыкается ключ 20) и рост напряжения на емкости С„ приостанавливается. В этот момент времени на вход третьего подмодулятора 16 поступает им- i

пульс, задержанный вторым элементом 15 задержки на время ( ).

Выходным импульсом и„ (фиг. 3,д) третьего подмодулятора 16 открьшается дополнительный, коммутатор 7 - включа- ется ключ 19, сопротивление резистора 6 шунтируется малым внутренним сопротивлением R открытого коммутатора 7, в результате чего продолжа

O

5

0

5

0

5

0

0

5

5 I

ется рост напряжения на нагрузке 8, во время которого происходит возбуждение в СВЧ-генераторе колебаний основного вида. Скорость роста напряжения на нагрузке 8 в этот момент времени определяется величиной внутреннего сопротивления R; открытого коммутатора 7 и может быть изменена регулировкой амплитуды и импульса на выходе третьего подмодулятора.

При формировании импульса с большой скоростью нарастания напряжения и на нагрузке (пунктир, фиг. 3,з) в начале импульса последний на выходе третьего подмодулятора 16 должен быть задержан на меньшее время ( t, ) и при меньшей величине амплитуды данного импульса (пунктир, фиг. 3,д), скорость нарастания напряжения на нагрузке при формировании уступа будет меньше.

К моменту времени tj, когда СВЧ- генератор устойчиво работает на основном виде колебаний, с выхода первого подмодулятора 11 на управляющий вход коммутатора 4 модулятора через элемент 12 развязки подается импульс (фиг. 3,б) амплитуда которого больше амплитуды импульса на выходе второго подмодулятора 13 и который задержан на время ( ) первым элементом 10 задержки (при формировании импульса с более крутым передним фронтом задержки равна ,). В результате форма импульса иу на управляющем входе коммутатора 4 модулятора имеет ступенчатую форму (фиг. 3,г). При этом коммутатор 4 модулятора полностью открывается и формируется вершина импульса на нагрузке. На эквивалентной схеме (фиг. 2) процессу формирования вершины импульса соответствует замыкание ключа 17 и вьпслючение ключа 18.

Срез импульса и„ (фиг. 3,з) на нагрузке начинает формироваться в момент времени t, - окончания импульса и, (фиг. 3,6) на выходе первого подмодулятора I1 (импульс U з выходе второго подмодулятора 13 к этому времени должен быть закончен). Моменту начала формирования среза выходного импульса модулятора на эквивалентной схеме соответствует выключение ключа 17. При этом начинается разряд емкости С через сопротивление R, сопротивление резистора 6, индуктивность намагничивания L..

импульсного трансформатора 5 и сопротивление R до момента времени, пока напряжение на емкости С„ не достигнет порогового напряжения U,,, (фиг. 3,з) СВЧ-генератора - выключение ключа 20. С этого момента времени скорость разряда емкости С„ умень,шается и в основном определяется током, протекающим через индуктивность намагничивания L и сопротивление резистора 6, величина которого выбирается из условия максимально возможной скорости разряда емкости С, а именно обеспечения апериодического разряда в критическом режиме.

На этом процесс формирования импульса в схеме модулятора заканчивается.

Процесс формирования импульса в модуляторе рассмотрен при условии отсутствия спада напряжения на емкости накопителя 3, отсутствия протекания тока через индуктивность намагничивания L импульсного трансформатора 5, а также идеализации импульсного трансформатора при составлении эквивалентной схемы. Все перечисленные факторы являются причиной изменения напряжения на вторич- ной обмотке импульсного трансформатора на вершине импульса, а именно спада вершины и возникновения на вершине после формирования фронта колебательного процесса, вызванного энергией, запасенной во время формирования фронта в индуктивности рассеяния Lg и паразитной междувитковой емкости обмоток (пунктир, фиг. 3,е).

Так как в импульсно-кодовом модуляторе нагрузка 8 включена последовательно с дополнительным коммутатором 7, внутреннее сопротивление Е. которого определяет в основном ток в нагрузке, то при применении в качестве дополнительного коммутатора стабилизатора тока, например, модуляторной лампы с пентодной вольт-амперной характеристикой, различного

рода изменения напряжения U .., на

вторичной обмотке импульсного трансформатора при формировании вершины импульса, в toM числе и спад ампли

,туд импульсов при прохождении пачки импульсов, могут быть скомпенсированы изменением падения напряжения U на внутреннем сопротивлении дополнительного коммутатора (пунктир, фиг. 3,ж).

Формула изобретения

1.Импульсно-кодовый модулятор для СВЧ-генератора М-типа, содержащий источник питания, к вьшодам которого подключены последовательно соединенные зарядиьш; элемент и емкостный накопитель энергир, параллельно которому включены последовательно соединенные первичная обмотка импульсного трансформатора, к вторичной обмотке которого подключены последовательно соединенные СВЧ-генератор М-типа, резистор, коммутатор, генератор запускающих импульсов и первый подмоду- лятор, отличающийся тем, что, с целью повьппения устойчивости

возбуждения основного вида колебаний СВЧ-генератора М-типа, в него введены второй и третий подмодуляторы, первый и второй элементы задержки, первыйг и второй элементы развязки, дополнительный коммутатор, причем дополнительный коммутатор выключен параллельно резистору в проводящем направлении, выход генератора запускающих импульсов соединен с управляюЩим входом коммутатора через последовательно соединенные первый элемент задержки, первый подмодулятор и первый элемент развязки, а также через последовательно соединенные второй подмодулятор и второй элемент развязки, а с управляющим входом дополнительного коммутатора - через последовательно соединенные второй элемент задержки и третий подмодулятор.

2.Модулятор по п. 1, о т л и - чающийся тем, что, с целью регулирова1|ия крутизны фронта импульсов в начале и конце - при формирова

нии уступа., второй и третий подмо- дуляторы выполнены с регулировкой амплитуды выходных импульсов, а первый и второй элементы задержки - с регулировкой задержки импульсов.

Г7-II

Изобретение может быть использовано в импульсных радиопередающих устройствах. Цель изобретения - повышение устойчивости возбуждения основного вида колебаний СВЧ-генерато-- ра М-типа. Модулятор содержит источник 1 питания, зарядный элемент 2, емкостный накопитель 3 энергии, коммутатор 4, импульсный трансформатор 5, резистор 6, нагрузку 8 (СВЧ-гене- ратора М-типа), генератор 9 запускающих импульсов и подмодулятор 11. Введение элементов 12 и 14, подмоду- ляторов 13 и 16, выполненных с регулировкой амплитуды выходных импульсов, и элементов 10 и 15 задержки с регулировкой задержки импульсов с образованием новых функциональных связей способствует достижению поставленной цели. 1 3.п. ф-лы, 3 ил. с tsd СО to 05 со