Устройство сложения мощностей Советский патент 1992 года по МПК H03B5/00 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться для сложения мощностей колебаний волн СВЧ в различных устройствах СВЧ-диапазона.

Известно устройство сложения мощностей, которое содержит отрезок прямоугольного волновода, в поперечной плоскости которого размещена возбуждающая решетка, выполненная в виде параллельных отрезков металлических стержней, к концам которых подключены диоды, а в средней части стержни соединены со штырями, расположенными перпендикулярно к ним, через которые и подается питающее напряжение.

Известно также устройство сложения мощностей, содержащее возбуждающую решетку из металлических штырей и стержней с подключенными к ним диодами, при этом каждый штырь и стержень разделены

диэлектрическим слоем, расположенным в плоскостях продольного сечения волновода.

Однако данные устройства сложения мощностей имеют недостаточно высокую выходную мощность при низкой стабильности ее частоты

Наиболее близким к предлагаемому является сумматор мощности, содержащий объемный резонатор, с которым электромагнитно связаны ряд полупроводниковых диодов, подключенных к источнику питания и расположенных вдоль узких противоположных стенок резонатора. Генерируемый отдельными диодами СВЧ-сигнал объединяется в суммарный СВЧ-сигнал, который является выходным сигналом сумматора мощности.

Недостатком известного сумматора мощности является низкая величина выходXI

СО

ю

4

-Ч

ной мощности при недостаточно высокой величине стабильности частоты.

Цель изобретения - увеличение выходной СВЧ-мощности.

Цель достигается тем, что дополнительно введены вторая секция, аналогичная первой, содержащая второй отрезок прямоугольного волновода, третий и четвертый полупроводниковые диоды и второй резонатор, третья и четвертая секции, содержащие третий и четвертый отрезки прямоугольного волновода, внутри каждого из которых размещены соответственно первый и второй подвижные короткоза- мыкающие поршни, пятый и шестой полупроводниковые диоды, высокодобротный перестраиваемый резонатор, ферритовый циркулятор, первая, вторая и третья регулируемые диэлектрические пластины, первый и второй волноводные шлейфы, с включенными в них соответственно третьим и четвертым подвижными короткозамыкающими поршнями, первый и второй вентили, при этом последовательно соединенные высокодобротный перестраиваемый резонатор, первый вентиль и первая регулируемая ди- электрическая пластина включены между третьей и первой секциями, последовательно соединенные второй вентиль, вторая регулируемая диэлектрическая пластина и первый волноводный шлейф включены между первой и второй секциями, а четвертая секция подключена к второму по направлению вращения плечу ферритового циркуля- тора, первое плечо которого включено между первой секцией и вторым вентилем, а третье плечо через последовательно соединенные третью регулируемую диэлектрическую пластину и второй волноводный шлейф подключена между первым вентилем и первой диэлектрической регулируемой пластиной.

На чертеже изображено устройство сложения мощностей.

Устройство сложения мощностей содержит отрезок 1 прямоугольного волновода, на конце которого находится подвижный короткозамкнутый поршень 2. В начале отрезка 1 прямоугольного волновода между его широкими стенками размещен полупроводниковый генераторный диод с отрицательной дифференциальной проводимостью (ОДП) 3, который электромагнитно, через окно связи, связан с высокодобротным перестраиваемым по частоте резонатором 4 проходного типа,за которым расположен вентиль 5. Вдоль отрезка 1 прямоугольного волновода расположена ячейка, которая состоит из перестраиваемого по частоте высокодобротного резонатора 6 реактивного типа, с которым электромагнитно связаны два генераторных диода с ОДП 7. От диода 3 и между собой диоды 7 расположены на расстоянии, кратном половине длины волны в волноводе. Между диодами 7 и вентилем 5 расположена диэлектрическая пластина 8, которая имеет возможность перемещаться внутри волновода перпендикулярно его широкой стенке. С обеих сторон

0 диодов 7 имеются разветвления 9 и 10 в Н-плоскости отрезка 1 прямоугольного волновода. Разветвление 9 соединено с входным первым плечом Y-циркулятора 11. К второму плечу Y-циркулятора 11 подсоеди5 нен отрезок прямоугольного волновода, в котором находится полупроводниковый усилительный диод 12, а в конце отрезка волновода помещен подвижный коротко- замкнутый поршень 13. Выход Y-циркулято0 ра 11 соединен с разветвлением 10 и на этом отрезке прямоугольного волновода расположены с возможностью перемещения перпендикулярно широкой стенке волновода диэлектрическая пластина 14, и

5 шлейф 15 в Е-плоскости. Вдоль отрезка 1 прямоугольного волновода после разветвления 9 в Н-плоскости находятся вентиль 16, а также размещенная внутри волновода диэлектрическая пластина 17, имеющая

0 возможность перемещения перпендикулярно широкой стенке волновода, и шлейф 18 в Е-плоскости. В конце отрезка 1 прямоугольного волновода расположены два полупроводниковые диоды 19, связанные

5 электромагнитно с резонатором 20 реактивного типа.

Устройство сложения мощностей работает следующим образом.

При подаче питающего напряжения к

0 полупроводниковым диодам 3, 7 и 19 в них возбуждаются СВЧ-колебания. Подстройка необходимой частоты диода 3 может осуществляться также и при помощи подвижного короткозамкнутого поршня 3. Стабильность

5 генерируемой частоты обеспечивается за счет высокостабильного перестраиваемого по частоте резонатора 4 проходного типа, который электромагнитно, через отверстия связи, связан с полупроводниковым диодом

0 3. Использование резонатора 4 проходного типа позволяет получить максимальную область стабилизации частоты при минимальных изменениях выходной СВЧ-мощности. Задающий СВЧ-сигнал поступает на распо5 ложенные на расстоянии, кратном половине длины волны от диода 3 и между собой, диоды 7, электромагнитно связанные с перестраиваемым по частоте резонатором 6 реактивного типа. Мощность сигнала от диода 3 обеспечивает режим синхронизации

автоколебаний внешним СВЧ-сигналом для диодов 7. Стабильность частоты диодов 7 определяется стабильностью синхронизирующего сигнала и, учитывая наличие проходного резонатора 4, является достаточно высокой. Помимо синхронизации диодов 7 происходит и сложение СВЧ-мощности диодов 3 и 7, в результате чего величина СВЧ- мощности после диодов 7 значительно возростает. Эта СВЧ-мощность поступает на вход Y-циркулятора и через его второе плечо на усилительный диод 12. В цепи обратной связи применен усилительный каскад отражательного типа с развязкой входного и выходного сигналов с помощью Y-циркулятора. Для обеспечения устойчивости усилителя коэффициент его усиления ограничен и систему с обратной связью можно рассматривать как систему с насыщением. Необходимая подстройка по фазе на соответствии фазы проходящего в отрезке волновода 1 СВЧ-сигнала осуществляется при помощи фазовращателя - диэлектрической пластины 14 и шлейфа 15. Фаза колебаний, подаваемая по каналу обратной связи, должна соответствовать фазе сигнала, подаваемого от задающего генератора на диоде 3. В наиболее оптимальном случае это имеет место при равенстве частот диодов 3 и 7, что определяется настройкой резонаторов 4 и 6 и соответствующим режимом диодов. Равенство частот и фаз обеспечивает наиболее эффективное сложение мощностей, генерируемых отдельными СВЧ-диодами, что обуславливает увеличение выходной мощности, снимаемой с данного каскада. Через вентиль 16, который, как и вентиль 5, выполняет роль элемента развязки по импедансу, СВЧ- мощность поступает на участок волновода, в котором размещена диэлектрическая пластина 17 и шлейф в плоскости 18. Перемещением диэлектрической пластины 17 можно подстроить фазу входного СВЧ-сигнала и обеспечить равенство с фазой колебаний, генерируемых диодами 19, что позволяет эффективно складывать СВЧ- мощность с мощностью, генерируемой диодами 19. Функции резонатора 20 аналогичны функциям резонатора 6.

В качестве полупроводниковых диодов могут быть использованы диоды Ганна, лавино-пролетные диоды и другие, применяемые структуры должны быть в СВЧ-ис- полнении.

Устройство сложения мощностей позволяет повысить выходную мощность при высокой стабильности частоты СВЧ-колеба- ний.

Формула изобретения Устройство сложения мощностей, содержащее первую секцию, которая состоит из первого отрезка прямоугольного волновода, в котором на расстоянии, кратном половине длины рабочей волны, установлены первый и второй полупроводниковые диоды, между которыми включен первый резонатор, отличающееся тем, что, с целью увеличения выходной мощности, дополнительно введены вторая секция, аналогичная первой, содержащая второй отрезок прямоугольного волновода, третий и четвертый полупроводниковые диоды и второй резонатор, третья и четвертая секции, содержащие третий и четвертый отрезки прямоугольного волновода, внутри каждого из которых размещены соответственно первый и второй подвижные короткозамыкающие поршни и пятый и шестой полупроводниковые диоды, высокодобротный перестраиваемый резонатор, ферритовый циркулятор, первая,вторая и третья регулируемые диэлектрические пластины, первый и второй волноводные шлейфы с включенными в них соответственно третьим и четвертым подвижными корот- козамыкающими поршнями, первый и

второй вентили, при этом последовательно соединенные высокодобротный перестраиваемый резонатор, первый вентиль и первая регулируемая диэлектрическая пластина включены между третьей и первой секциями, последовательно соединенные второй вентиль, вторая регулируемая диэлектрическая пластина и первый волноводный шлейф включены между первой и второй секциями, четвертая секция подключена к

второму по направлению вращения плечу ферритового циркулятора, первое плечо которого включено между первой секцией и вторым вентилем, а третье плечо через последовательно соединенные третью регулируемую диэлектрическую пластину и второй волноводный шлейф подключено между первым вентилем и первой регулируемой диэлектрической пластиной.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в передающих устройствах СВЧ-диапазона различного назначения. Цель изобретения - увеличение выходной мощности. Цель достигается тем, что последовательно соединенные высокодобротный резонатор, первый вентиль и первая диэлектрическая пластина включены между третьей и первой секциями, последовательно соединенные второй вентиль, вторая диэлектрическая пластина и первый волноводный шлейф включены между первой и второй секциями, четвертая секция подключена к второму по направлению вращения плечу ферритового циркуля- тора, первое плечо которого включено между первой секцией и вторым вентилем а третье плечо подключено между первым вентилем и первой диэлектрической пластиной. При этом первая и вторая секции содержат отрезок волновода с включенными в него полупроводниковым диодом и подвижным к з поршнем 1 ил. сл С