Перестраиваемый генератор и способ его настройки Советский патент 1992 года по МПК H03B7/14 

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ, точнее к твердотельным генераторам СВЧ с варакторной перестройкой частоты, и может быть использовано в радиоизмерительчой технике, технике средств связи в качестве гетеродина с перестройкой частоты или перестраиваемого задающего генератора.

Известны твердотельные генераторы, состоящие из генераторного и варакторного диодов, расположенных в резонансной СВЧ-системе, перестройка которых ограничена свойствами конструктивных элементов СВЧ-системы.

Известны также твердотельные СВЧ-ге- нераторы, состоящие из генераторного и варакторного диодов, включенных каждый в свой собственный внутриволноводный радиальный резонатор, и короткозамыкателя

в основном волноводе. В этом случае рабочая частота генератора тесно связана с резонансной нерегулируемой частотой собственных колебаний радиального резонатора, а строго контролируемое положение короткозамыка тёля на расстоянии целого числа полуволн равносильно закорачиванию по ВЧ-полю плоскости включения варактора и резко сужает полосу электрической перестройки частоты. Настройка подобных генераторов сводится к подбору геометрических размеров радиальных резонаторов для получения генерации на требуемой центральной частоте и подбору активных и варакторных диодов, при которых реализуются энергетические и диапазонные характеристики генератора. При этом требования, предъявляемые к варато- рам, не ясны, так как варактор включен в

s

О

о

СА О

а

резонансный колебательный контур и его реактивные параметры (в том числе и коэффициент перекрытия по емкости) трансформируются радиальным резонатором.

Наиболее близким по технической сущ- ности является твердотельный генератор СВЧ, содержащий генераторный и варак- торный диоды, расположенные вдоль оси волновода на расстоянии приблизительно равном целому числу полуволн, короткоза- мыкающий поршень, расположенный на некотором расстоянии от варакторного диода, и шлейф в широкой стенке волновода, в котором располагается короткозамыкаю- щий штырь, причем данный шлейф включен в той же плоскости поперечного сечения волновода, что и варакторныи диод, напряжение смещения на который подается бесштыревым способом через держатель диода

В известном генераторе с варакторной перестройкой настройка осуществляется следующим образом: изменение рабочей частоты, степень связи резонатора активного элемента с варактором, а также измене- ние полосы электрической перестройки производятся изменением расстояния от короткозамыкателя в основном волноводе до варактора; изменение положения штыря в шлейфе позволяет изменять рабочую час- тоту генератора механическим способом, без сильного влияния на диапазон электрической перестройки частогы.

Недостаток данного устройства заключается в том, что существует лишь одно оптимальное положение короткоза- мыкающего поршня в основном волноводе при опроделекчой высоте расположения варактора в волноводе, при котором реализуется максимальная полоса электрической перестройки частоты. Совместным изменением положения короткозамыкающего пор- шня и высоты положения варактора в волноводе при определенном положении поршня в шлейфе достигается оптимизация диапазонных и электрических характеристик генератора, а дальнейшее изменение любого из подстроечных узлов приводит к резкому изменению как полосы перестройки, так и выходной мощности в полосе элек- трической перестройки.

Другим недостатком данного устройства является то, что шлейф с короткозамыка- ющим штырем расположен в той же плоскости поперечного сечения волновода, что л варактор. При выбранном расположении варактора и короткозамыкающего поршня в основном волноводе изменение положения короткозамыкателя в шлейфе изменяет картину электромагнитного поля

в основном волноводе, что приводит к изменению связи системы варактор-короткоза- мыкатель в основном волноводе с генераторным диодом. Вследствие этого при изменении положения короткозамыкателя в шлейфе изменяется не только рабочая частота, но и диапазон электрической перестройки и выходная мощность в диапазоне перестройки.

Недостатком способа настройки генератора является отсутствие возможности дискретной настройки варакторного и генераторного диода и вследствие этого отсутствие возможности определения требований, предъявляемых к ним для достижения максимальных энергетических и диапазонных характеристик.

Цель изобретения - обеспечение оптимальных диапазонных и энергетических ха- рактеристик при механической и электрической перестройке частоты генерации; расширение диапазона электрической и механической перестройки частоты в области оп гимальных энергетических характеристик перестраиваемого генератора.

Поставленная цель достигается тем, что в генераторе СВЧ с варакторной перестройкой частоты, содержащем отрезок прямоугольного волновода с раположенными в нем генераторным и варакторным диодами, расстояние между осями которых составляет целое число полуволн, короткозамыкаю- щий поршень, установленный на

расстоянии I --j-(2n-1) от варакторного

диода, где Яв на волны в волноводе на центральной частоте полосы перестройки, п 1,2, 3,,., и регулируемый элемент, расположенный между генераторным и варакторным диодами - отрезок прямоугольного волновода, выполнен в виде трех секций: генераторной секции, варакторной секции и секции и регулировочным элементом, который выполнен в виде дополнительного отрезка волновода с дополнительным короткозамыкающим поршнем и установлен в поперечном сечении отрезка прямоугольного волновода.

В способе настройки перестраиваемого генератора, включающем перемещение ко- роткозамыкэющего поршня в отрезке прямоугольного волновода и перемещение дополнительного короткозамыкающего поршня в дополнительном отрезке волновода, изменение высоты расположения генераторного и варакторного диодов вдоль вертикальной оси отрезка прямоугольного волновода, настройка трех волноводных секций проводится раздельно При этом наской перестройки частоты осуществляется короткозамыкающим поршнем с модулем коэффициента отражения 0,5 /Г/ 0,6, настройка второй секции в полосе электрической перестройки частоты осуществляет- 5 ся до получения значения модуля и фазы коэффициента отражения соответственно:

Г|Ј 0,5 и , а окончательная настройка перестраиваемого генератора осу- 10 ществляется третьей секцией перемещением дополнительного коротко- замыкающего поршня.

Эти признаки обеспечивают возможность механической перестройки частой 15 наряду с электрической перестройкой частоты генерации с сохранением оптимальных энергетических и диапазонных характеристик в области максимально возможных величин этих характеристик, что по- 20 ясняется следующим образом.

Дискретная настройка варакторного диода позволяет представить волноводную секцию с варакторным диодом в виде аналога перестраивающего поршня для генера- 25 торной секции, При этом представлении варакторная секция может характеризоваться уже не параметрами собственно ва- рактора, такими как коэффициент перекрытия, предпробивная емкость, до- 30 бротность и т.д., которые после установки варактора в ВЧ-цепь трансформируются элементами монтажа диода в корпус и элементами его включения в ВЧ-цепь и уже не могут контролироваться и оптимизировать- 35 ся, а может характеризоваться параметра- ми, легко доступными к измерению и настройке - модулем и фазой коэффициента отражения от нее, что в конечном итоге определяет величину диапазона перестройки 40 и выходную мощность в диапазоне перестройки. Дискретная настройка генераторной секции позволяет изменять геометрические размеры элементов согласования импеданса диода и ВЧ-цепи (диэ- 45 метр и длину штыря питания, глубину коаксиально-волноводного перехода), произвести настройку генераторной секции на максимальную мощность в требуемой полосе электрической перестройки частоты.50

Расположение короткозамыкающего поршня в основном волноводе на расстоя- Яв

НИИ I

2п-1) исключает шунтирующее

влияние реактивного сопротивления со сто-

роны поршня (при I (2n-1), ZjX «r)

на диапазон изменения реактивного сопротивления варактора и увеличивает коэффи

циент включения варактора в ВЧ-цепь Включение между генераторной и варактор- ной секциями дополнительной волнооодной секции с короткозамкнутым поршнем в поперечном сечении волновода равносильно включению в линию передачи между варакторным и генераторным диодами последовательного реактивного сопротивления, что, в свою очередь, эквивалентно изменению электрической длины линии передачи между диодами. В представлении варактор- ной секции в качестве перестраивающего поршня, управляемого напряжением, изменение электрической длины линии между диодами соответствует изменению положения данного перестраивающего поршня, что приводит к изменению частоты генерации. Поэтому изменяя положение коротко- замыкателя в дополнительной секции, достигают возможности перстраивать механически частоту в области максимальных энергетических характеристик, полученных при дискретных настройках генераторного и варакторного диодов, так как при этом не изменяются основные факторы, влияющие на полосу перстройки и выходную мощность, а именно модуль и изменение фазы коэффициента отражения от варакторной секции.

На фиг.1 и 2 изображены конструкций генераторов-прототипов; на фиг.З - конструктивное выполнение заявляемого устройства; на фиг.4 - схема измерения параметров варакторной секции.

Генератор СВЧ, конструкция которого представлена на фиг.З, состоит из генераторной секции 1, варакторной секции 2, вол- новодной секции с короткозамкнутым поршнем в поперечном сечении волновода 3 и короткозамыкающим поршнем в основном волноводе 4. Генераторная и варакторная секции конструктивно выполнены идентично и включают индуктивный штырь питания 5, оксидированную втулку 6 и шайбу из поглощающего материала 7, которая совместно с втулкой 6 представляет собой фильтр питания. В секциях под штырями установлены генераторный 8 и варакторный 9 диоды. Между генераторной и варакторной секциями установлена дополнительная секция с дополнительным короткозамыкающим поршнем 10. Ко- роткозамыкающий поршень в основном волноводе устанавливается на расстоя-2j- (2п-1) от оси варакторного диода (с учетом реактивности штыря питания)

Устройство работает и настраивается следующим образом.

Генераторный диод устанавливается в секцию, перестройка которой осуществляется перестраивающим поршнем с величиной коэффициента отражения на выходе, лежащей в пределах 0,5 |Г| 0,6, Перемещая поршень, измеряют полосу механической перестройки и выходную мощность в полосе, Изменяя диаметр и длину штыря питания, а также величину коэффициента отражения от поршня, добиваются получения максимальных значений выходной мощ- ности и полосы перестройки, Устанавливают варакторный диод в секцию и помещают за ней короткозамыкающий поршень на расстоянии I до оси диода на центральной частоте полосы перестройки. Присоединяют секцию с короткозамыкаю- щим поршнем к трактату (фиг.4). Устанавливают частоту генерации генератора стандартных сигналов равной центральной частоте полосы перестройки, изменяя напряжение на варакторе, измеряют фазу и коэффициент отражения от варэкторной секции,

Изменяя длину штыря питания и его диаметр, добиваются максимального значения коэффициента отражения от варактор- ной секции и максимального значения изменения его фазы, При этом коэффициент отражения должен быть больше | Г| 0,5 и

изменение фазы - -гг- .Присоединяют

варакторную секцию с короткозамыкателем к генераторной секции, устанавливая между ними дополнительную секцию с дополнительным короткозамыкающим поршнем. Изменяя напряжение на варакторном диоде, изменяют полосу генерации и выходную мощность, При этом выбирают оптимальное положение дополнительного короткозамы- кателя в дополнительной секции, при котором полоса перестройки и выходная мощность максимальны. Механическая перестройка генератора осуществляется изменением положения короткозамыкателя дополнительной секции без значительного ухудшения выходных характеристик генератора, так как полоса перестройки определяется только изменением фазы коэффициента отражения от варакторной секции, а выходная мощность - модулем П, которые настраивались независимо.

Предложенная конструкция генератора и способ его настройки по сравнению с прототипом обеспечивают следующие преимущества: варакторную перестройку частоты генератора в области максимальных энергетических характеристик генераторного дио0

0

5

да; (возможность варакторной и механической перестройки частоты генерации при сохранении оптимальных диапазонных характеристик генератора; реализацию максимальных потенциальных возможностей генераторного и варакторного диодов, благодаря раздельной настройке и оптимизации генераторной секции; качественную отбраковку генераторного и варакторного диодов благодаря введению требований, предъявляемых к ним и измерению их параметров в режимах, близких к рабочим. Формула изобретения

1.Перестраиваемый генератор, содер- 5 жащий отрезок прямоугольного волновода,

в котором расположены генераторный диод, варакторный диод, короткозамыкающий поршень, установленный на

Ав

расстоянии -2 (2п-1) от варакторного диода, где АВ - длина волны в отрезке прямо- угольного волновода, и регулируемый элемент, расположенный между генераторным и вар кторным диодами, отличающийся тем, что, с целью обеспечения оптимальных диапазонных и энергетических характеристик при механической и электрической перестройке частоты, отрезок прямоугольного волновода выполнен в 0 виде трех секций, в первой из которых установлен генераторный диод, во второй секции установлен варакторный диод с короткозамыкающим поршнем, а в третьей секции установлен регулировочный элемент, который выполнен в виде дополнительного отрезка волновода с дополнительным короткозамыкающим поршнем и установлен в поперечном сечении отрезка прямоугольного волновода.

2.Способ настройки перестраиваемого генератора, включающий перемещение ко- роткозамыкающего поршня в отрезке прямоугольного волновода, дополнительного короткозамыкающего поршня в дополнительном отрезке волновода, изменение высоты расположения генераторного и варакторного диодов вдоль вертикальной оси отрезка прямоугольного волновода, о т- личающийся тем, что, с целью расширения диапазона электрической и механической перестройки частоты в области оптимальных энергетических характеристик перестраиваемого генератора, настройка трех волноводов секций проводится раздельно, при этом настройка первой секции в полосе механической перестройки частоты осуществляется короткозамыкающим поршнем с модулем коэффициента отражения 0,5 I П 0,6,

5

0

5

0

5

настройка второй секции в полосе электрической перестройки частоты осуществляется до получения значений модуля и фазы коэффициента отражения соответственно I Г I 0,5 и окончательная настройка перестраиваемого генератора осуществляется третьей секцией перемещением дополнительного коротко- замыкающего поршня,

Изобретение относится к радиотехнике. С целью обеспечения оптимальных диапазонных и энергетических характеристик при механической и электрической перестройке частоты генератор выполнен в виде трех секций, в первой из которых установлен генераторный диод, во второй секции - варак- торный диод с короткозамыкающим поршнем, а в третьей секции - регулировочный элемент, который выполнен в виде дополнительного отрезка волновода с поршнем. Способ настройки генератора заключается в том, что настройка трех вол- новодных секций проводится раздельно, при этом настройка первой секции в полосе механической перестройки частоты осуществляется короткозамыкающим поршнем с модулем коэффициента отражения 0,5 /Г/ 0,6, настройка второй секции в полосе электрической перестройки частоты осуществляется до получения значений fto- дуля и фазы коэффициента отражения соответственно /Г/ 0,5, , а окончательная настройка генератора осуществляется третьей секцией перемещением дополнительного поршня. 2 с.п. ф-лы, 4 ил С/ с

фаг. /

фаг. 2

Фиг.Ь

Физ.З

-