СВЧ-ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Советский патент 1994 года по МПК H03K19/06 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в специализированных системах обработки СВЧ-сигнала, а также для создания элементов ЭВМ с частотным представлением информации.

Быстродействие и мощность ЭВМ определяются временем переключения и плотностью компоновки ее элементов, надежность работы которых повышается с увеличением их температурной и радиационной стойкости. Известно, что вакуумные приборы СВЧ в отличии от полупроводниковых обладают существенно большей стойкостью к высоким температурам и ионизирующим излучениям. Поскольку в настоящее время размеры микромощных вакуумных приборов СВЧ принципиально могут быть доведены до размеров их полупроводниковых аналогов при сравнимых временах переключения, то указанные преимущества в ряде случаев могут иметь решающее значение.

Известны амплитудные радиоимпульсные СВЧ логические устройства на основе минитронов (миниатюрных отражательных клистронов). Их быстродействие составляет порядка 1 нс.

Недостатком таких устройств является необходимость использования видеоимпульсов и ограниченное быстродействие, обусловленное относительно малой рабочей частотой (не свыше 30 гГц).

Известны амплитудные радиоимпульсные устройства на основе эффекта насыщения в непрозрачной ЛБВ. Их рабочая частота может быть доведена до величины порядка 100 гГц а быстродействие составит величину порядка десятых долей наносекунд. Недостатком подобных устройств является большая задержка сигнала и ограниченная рабочая частота, обуславливающие невысокое быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является частотный радиоимпульсный триггер, содержащий две двухсекционные лампы обратной волны, делитель, сумматор и линии передачи СВЧ-энергии, в котором выход второй секции каждой лампы соединен со входом первой секции другой, входная линия передачи СВЧ-энергии подключена через делитель ко входам вторых секций, выходная через сумматор - к выходам первых, геометрические размеры и потенциалы соединенных секций обеспечивают совпадение их рабочих частот, а также различие и некратность рабочих частот секций каждой лампы, первые секции имеют длину меньше стартовой, вторые - больше.

Благодаря эффекту подавления генерации вторых секций при предварительной модуляции электронного пучка в первых в устройстве реализуется бистабильный по частотам режим генерации, в результате чего оно способно выполнять функцию запоминания частоты внешнего сигнала. Средняя рабочая частота может быть доведена до единиц терагерц, а быстродействие - до нескольких пикосекунд.

Недостатком устройства является неограниченность его функциональных возможностей операцией запоминания частоты.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем дополнительной реализации логической функции НЕ при частотном радиоимпульсном представлении информации.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее две двухсекционные лампы обратной волны (ЛОВ), делитель, сумматор и линии передачи СВЧ-энергии, дополнительно введены две двухсекционные ЛОВ, выход второй секции первой лампы соединен со входом первой секции второй лампы, выход второй секции четвертой лампы - со входом первой секции третьей лампы, выход устройства соединен через сумматор с выходами вторых секций второй и третьей ламп, вход устройства подключен через делитель ко входам первых секций первой и четвертой ламп, в котором вторая секция второй лампы и первая секция четвертой лампы имеют первое значение рабочей частоты, первая секция первой лампы и вторая секция третьей лампы - второе значение рабочей частоты, вторые секции первой и четвертой ламп, а также первые секции второй и третьей ламп - третье значение рабочей частоты, длина первых секций ламп меньше стартовой, вторых - больше стартовой.

На фиг. 1 изображено СВЧ-логическое устройство НЕ; на фиг. 2 представлены графики результатов расчета переходных процессов в устройстве.

Предлагаемое устройство содержит четыре двухсекционные лампы обратной волны, состоящие из электронной пушки 1, коллектора 2, замедляющих систем 3, на секциях которых указаны их рабочие частоты и порядковые номера 11-42. Фокусирующая система и источники питания опущены. Входной сигнал поступает через делитель 4 на вход первых секций первой и четвертой ламп, выходной сигнал снимается через сумматор 5 с выхода вторых секций второй и третьей ламп. Линии передачи СВЧ-энергии 6 соединяют элементы схемы.

Сплошной линией (см. фиг. 2) изображена амплитуда СВЧ-сигнала частоты f₁, прерывистой - f₂. Соотношение частот f₁/f₂/f₃= = 3/4/5, отношение рабочего тока к стартовому равно 0,5 для первых и 1,5 - для вторых секций ламп. Безразмерное время τ нормировано на время пролета электронами второй секции первой лампы. Коэффициенты передачи внутренних связей - 0,9.

Устройство работает следующим образом. При подаче питающих напряжений на электронные пушки 1, коллекторы 2 и замедляющие системы 3 происходит самовозбуждение колебаний частоты f₃ в секциях с номерами 12 и 42. Сигнал частоты f₃, поступая с выхода секций 12 и 42 на входы секций 21 и 31 по линиям передачи 6, подавляет автономные колебания на частотах f₁ и f₂ в секциях 22 и 32 за счет предварительной модуляции электронного потока. Сигнал на выходе сумматора 5, являющегося выходом устройства, в этом случае отсутствует. Подача на вход устройства (вход делителя 4) сигнала частоты f₁, попадающего через делитель 4 на вход секции 41 по линии 6, вызывает модуляцию электронного потока в секции 41 и срывает автоколебания частоты f₃ в секции 42. Прекращение модуляции потока в секции 31 приводит к возбуждению автоколебаний частоты f₂ в секции 32, с выхода которой по линии 6 сигнал поступает на сумматор 5. На выходе устройства появляются колебания частоты f₁. Аналогичным образом подача сигнала частоты f₂ на вход устройства вызывает срыв генерации частоты f₃ в секции 12 и возбуждение колебаний частоты f₁ в секции 22.

Сигнал частоты f₁ с выхода секции 22 через сумматор 5 подается на выход устройства. Таким образом, при наличии входного сигнала частоты f₁ на выходе появляется сигнал частоты f₂ и наоборот, т. е. устройство выполняет логическую функцию НЕ при кодировке 0 - частота f₁, I - частота f₂ и наоборот.

Переходные процессы в устройстве, рассчитанные с помощью численного решения нестационарных уравнений ЛОВ, изображены на фиг. 2. Расчеты проводились в предположении наличия на входе вторых секций ламп малого внешнего сигнала на частотах собственной генерации, синхронизирующего собственные колебания и стимулирующего их развитие. Такое предположение моделирует вполне реальную ситуацию, обусловленную наличием паразитных связей внутри сложных схем, в составе которых может работать предлагаемое устройство. При возбуждении собственных колебаний от уровня шумов электронного потока, время переходных процессов может увеличиться в несколько раз.

Согласно полученным результатам, время переключения может быть доведено до сотен периодов СВЧ-колебаний средней рабочей частоты или десятков пикосекунд при амплитуде входного сигнала, сравнимой с амплитудой колебаний на выходе. (56) The First International Vacuum Microelectronics Conference Technical Program II Williamsburg, Virginia USA, June 13-15, 1988, 105 р.

Авторское свидетельство СССР N 477461, кл. G 11 C 11/26, 1973.

Володин Е. Б. Использование ламп с бегущей волной и волноводной техники для построения быстродействующих цифровых элементов. Цифровая техника и вычислительные устройства, сб. 3, АН СССР, М. , 1962.

Авторское свидетельство СССР N 1522992, кл. Н 03 К 19/06, 1988.

СВЧ - логическое устройство относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в специализированных системах обработки СВЧ - сигнала. Цель изобретения - дополнительная реализация логической функции НЕ при частотном радиоимпульсном представлении информации. Цель достигается тем, что четыре двухсекционные лампы обратной волны, содержащие электронные ушки и отражатели, соединены следующим образом: выход второй секции первой лампы соединен со входом первой секции второй, выход второй секции четвертой - со входом первой секции третьей лампы, выход устройства соединен через сумматор 5 с выходом вторых секций второй и третьей лампы, вход устройства подключен через делитель 4 ко входам первых секций первой и четвертой ламп. Вторая секция третьей лампы и первая секция четвертой имеют первое значение рабочей частоты, первая секция первой лампы и вторая секция третьей - второе, вторые секции первой и четвертой ламп, а также первые секции второй и третьей - третье значение рабочей частоты. 2 ил.

СВЧ-ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее двухсекционные лампы обратной волны, делитель, сумматор и линии передачи СВЧ-энергии, в котором первые секции ламп имеют длину меньше стартовой, вторые - больше, их геометрические размеры и потенциалы обеспечивает различие и некратность рабочих частот секции каждой лампы, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем дополнительной реализации логической функции НЕ при частотном представлении информации, оно содержит четыре двухсекционные лампы, выход второй секции первой лампы соединен с входом первой секции второй, выход второй секции четвертой лампы - с входом первой секции третьей, выход устройства соединен через сумматор с выходами вторых секций второй и третьей ламп, вход устройства подключен через делитель к входам первых секций первой и четвертой ламп, в котором вторая секция второй лампы и первая секция четвертой имеют первое значение рабочей частоты, первая секция первой лампы и вторая секция третьей - второе значение рабочей частоты, вторые секции первой и четвертой ламп, а также первые секции второй и третьей - третье значение рабочей частоты.