Генератор Советский патент 1992 года по МПК H03B7/14 

(Л

С

Предложен генератор, который содержит два генераторных диода и четыре резонансных контура. С целью увеличения выходной мощности в расширенной полосе частотной синхронизации, первый и второй генераторные блоки включены встречно друг к другу и установлены соосно, первый резонансный контур выполнен на отрезке прямоугольного волновода, второй резонансный контур выполнен в виде коротко- замкнутого отрезка коаксиальной линии и связан с первым резонансным контуром первым щелевым зазором. Третий резонансный контур выполнен петлевым, а четвертый резонансный контур выполнен в виде радиального резонатора, который настроен на вторую гармонику, расположен аксиально симметрично относительно оси первого и второго генераторных диодов и связан с первым резонансным контуром, вторым щелевым зазором. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиопередающих и радиоприемных сверхвысокочастотных устройствах.

Известно устройство, содержащее отрезок коаксиальной линии с подключенными к ней двумя диодами Ганна, токи второй гармоники которых короткозамкнуты посредством металлических шайб, а положительная обратная связь между диодами оптимизируется двумя стержнями. Связь коаксиальной линии с нагрузкой осуществляется через отрезок запредельного волновода, согласованного с ней тремя дополнительными стержнями, а также через П-образный и прямоугольный волноводы (авторское свидетельство СССР № 1363418, кл. НОЗ В 5/22, 1987).

Основным недостатком этого устройства является многоэлементность конструкции, это затрудняет их взаимное

электрическое согласование. Кроме того резонансная система шайба-диод Ганна уз- кополосна, что существенно ограничивает полосу частот внешней синхронизации.

Известно устройство, содержащее отрезок прямоугольного волновода, в котором размещен генераторный диод, штырь питания которого содержит резонансный диск с компенсирующим температурную нестабильность элементом. Один конец отрезка волновода коротко замкнут, а другой является выходом (авт.св. СССР Ms 1370713, кл. НОЗ В 7/14, 1988).

Основным недостатком этого устройства является узкая полоса синхронизации из-за нелинейности ФЧХ, ввиду острорезонансного типа колебательной системы диод-резонансный диск.

Ближайшим по технической сущности аналогом (прототипом) предлагаемого технического решения является генератор

2

ГО GO 00 Ю

СВЧ, содержащий полупроводниковый диод, размещенный в отрезке прямоугольного волновода, в одном из концов которого установлен короткозамыкатель и короткозам- кнутый отрезок коаксиальной линии (КОК/1), а другой конец является выходом (см. авт.св. СССР № 1363422. кл. Н 03 В 7/14, 1987). Существенным недостатком известного устройства, ввиду наличия 2-х связанных контуров (волноводного короткозамкнутого отрезка и КОКЛ), является пониженное значение контурного КПД и, как следствие, пониженный, относительно одноконтурной схемы, уровень выходной мощности. Взаимное рассогласование волноводного и коаксиального контуров позволяет расширить полосу синхронизации (перестройки) генератора в сравнении с одноконтурной схемой, однако, возникающая при этом нелинейность ФЧХ ограничивает область устойчивой генерации в расширенной полосе частот внешней синхронизации.

Целью настоящего изобретения является:

увеличение выходной мощности в расширенной полосе частот внешней синхронизации;

уменьшение уровня второй гармоники,

Поставленная цель достигается тем, что в генератор, содержащий первый резонансный контур, выполненный в еиде отрезка прямоугольного волновода с короткозамы- кателем на одном конце, другой конец которого является выходом генератора, второй резонансный контур, который выполнен в виде короткозамкнутого отрезка коаксиальной линии (КОКЛ) и связан с первым резонансным контуром первым щелевым зазором, и генераторный диод, который установлен в отрезке прямоугольного волновода, дополнительно введены второй генераторный диод, третий и четвертый резонансные контура, при этом второй генераторный диод установлен соосно с первым генераторным диодом и включен встречно с ним, третий резонансный контур выполнен петлевым, а четвертый резонансный контур выполнен в виде радиального резонатора, который настроен на вторую гармонику, расположен аксиально симметрично относительно оси первого и второго генераторных диодов и связан с первым резонансным контуром вторым щелевым зазором. Для уменьшения уровня второй гармоники корпус радиального резонатора выполнен по продольной оси отрезка прямоугольного волновода с размером, равным половине рабочей длины волны.

Предложенный генератор, благодаря введению третьего резонансного контура,

выполненного петлевым, и четвертого резонансного контура, выполненного в виде радиального резонатора, настроенного на вторую гармонику рабочей частоты, приобретает свойства параметрического устройства, что обуславливает увеличение отрицательного сопротивления на основной частоте и,, вследствие параметрических эффектов, возникающих при определенном

фазовом соотношении между рабочей частотой и второй гармоникой, повышает контурный КПД, увеличивая выходную мощность. Установка второго генераторного диода соосно с первым и включенного

встречно ему, позволяет разместить оба диода в пучности тока с возбуждением противофазного режима при соблюдении условий оптимальной связи с первым и вторым резонансными контурами на рабочем участке.

Выполнение третьего резонансного контура петлевым обеспечивает ответвление части энергии и возвращение ее к диодам с задержкой во времени, что позволяет линеаризовать фазовую характеристику резонансной системы генератора и обеспечить устойчивую работу в расширенной полосе частот внешней синхронизации. Размещение четвертого резонансного контура, выполненного в виде радиального резонатора

настроенного на вторую гармонику рабочей частоты, аксиально симметрично относительно оси первого и второго генераторны диодов соответствует требованиям оптимального согласования колебательной сиетемы диоды-радиальный резонатор нг частоте второй гармоники. Выполнение корпуса радиального резонатора с размером пс продольной оси отрезка прямоугольногс волновода равным половине рабочей длинь

волны, создает условия образования сто ячей волны на частоте второй гармоники ь улучшает условия энергообмена между кон турами за счет скачка волнового сопротив ления в области внешней поверхност корпуса четвертого резонатора. Кроме тоге корпус четвертого резонатора обеспечивав развязку СВЧ контуров, по цепи питания при этом слои изоляции, в виде тонких пле нок, выполняют роль блокировочных емко

стей.

Указанные отличительные признаки ус тройства не известны по материалам патен тной и научной литературы как отдельно, Tai и в совокупности. Таким образом, предло женное техническое решение удовлетворя ет требования к критерию существенны отличия и новизна.

На чертеже изображена конструкция re нератора в разрезе,

Генератор содержит первый резонансный контур 1 в виде отрезка прямоугольного волновода, один конец 2 которого является выходом, а на другом конце установлен подвижный короткозамыкатель 3. По продольной оси контура 1 установлен второй резонансный контур 4 в виде КОКЛ и связан с ним первым щелевым зазором 5. В отрезке прямоугольного волновода контура 1 помещен в области максимума электрического поля первый генераторный диод 6. Соосно с первым диодом 6, и включенный встречно ему, установлен второй генераторный диод 7. В генератор введен третий резонансный контур 8, выполненный петлевым. Аксиально симметрично относительно оси диодов 6 и 7 расположен четвертый резонансный контур 9 в виде объемного радиального резонатора второй гармоники, связанный вторым щелевым зазором 10 с резонансным контуром 1. Корпус 11 контура 9 выполнен по продольной оси отрезка прямоугольного волновода контура 1 с размером, равным половине рабочей длины волны. Корпус 11 изолирован по цепи питания 12 прокладками 13 и 14, а также втулкой 15. Диоды 6 и 7 закреплены на теплоотводах 16 и 17 и соединены с цепью питания 12 посредством провода в составе петли контура 8.

Генератор работает следующим образом. При подаче питания через цепь 12 на диоды 6 и 7 в них возбуждаются электромагнитные колебания, частота которых обуславливается положением короткозамы- кателя 3 в контуре 1 геометрическими размерами контуров 4 и 9, а также частотой настройки контура 8 и нагрузочной характеристикой выхода 2. Сигнал внешней синхронизации посредством развязывающего устройства, подключенного к выходу 2, например, циркулятора (на чертеже не показан), подается в колебательную систему генератора и под его воздействием частота собственных колебаний генератора изменяется, становясь равной частоте синхронизирующей ЭДС. Установившаяся частота колебаний соответствует условиям резонанса эквивалентного контура, при этом фаза колебаний в этом контуре изменяется в соответствии с ФЧХ контура, как интегральной совокупности характеристик контуров 1, 4, 8 и 9, входящих в колебательную систему, включая реакцию нагрузки по выходу 2. При этом резонансы первых двух контуров 1 и 4 лежат в области рабочей частоты ,2 резонанс третьего контура 8 - в области низкой частоты Д fa, а четвертого контура 9 - вблизи второй гармоники на частоте U 2fp. Резонансные частоты контуров 1. 4, 8 и 9

связаны между собой условием возникновения параметрического взаимодействия в виде следующего соотношения:

f4 ±KAf3 s2fp«2fi,2,

где К 1,2,3...

Контуры 1 и 4 связаны между собой зазором 5, настраиваются короткозамыкателем 3 на расширенную полосу путем взаимного смещения их собственных резо- нансов относительно центральной частоты в полосе синхронизации таким образом, чтобы максимум поля рабочей частоты совпал с областью размещения диодов 6 и 7. В контуре 9 при этом на второй гармонике рабочей частоты устанавливаются колебания Ef0. Токи второй гармоники контура 9 создают тормозящее воздействие на поток

электронов в диодах 6 и 7, улучшая условия отдачи энергии полю СВЧ колебаний на рабочей частоте, что соответственно приводит к увеличению выходной мощности. Связь контуров 1, 4 и 9 осуществляется через зазор 10 и согласуется по максимуму мощности в полосе синхронизации осевым перемещением теплоотводов 16 и 17 путем погружения диодов 6 и 7 в полость резонатора контура 9. Условия энергообмена

между контурами 1, 4 и 9 поддерживаются за счет образования стоячей волны второй гармоники, сформированной в области скачка волнового сопротивления по внешнему краю корпуса 11, выполненного с размером, равным половине рабочей длины волны. Резонансный контур 8 выполнен запредельным для диапазона рабочих частот и с выходом 2 связан посредством параметрического взаимодействия с элементами колебательной системы генератора в виде контуров 1, 4 и 9, осуществляя ответвление части энергии и возвращение ее к диодам 6 и 7 с задержкой во времени, выполняя роль холостого контура в параметрической системе энергообмена.

Предложенный генератор имеет преимущества перед известными и может быть использован, например, в качестве усилителя мощности в приемных и передающих

устройствах радиотехники. Генератор обеспечивает увеличенный уровень выходной мощности в расширенной полосе частот внешней синхронизации, уменьшенный уровень потерь по цепям питания и в нагрузке.

Возможность реализации предложенного устройства подтверждена макетированием. Построение и испытание макета осуществлялось на базе элементов широкого применения В результате практической проверки установлена высокая эффективность суммирования мощностей генерации двух диодов, которая возросла по сравнению с мощностью генерации одного диода в три раза, т.е имеет место нелинейное суммирование. Полоса стабильного режима синхронизации, при условии сохранения отношения мощностей генерации и синхронизации, увеличилась более чем на 20%.

Формула изобретения 1 Генератор, содержащий первый резонансный контур, выполненный в виде отрезка прямоугольного волновода с корот козамыкателем на одном конце, другой конец которого является выходом генератора, второй резонансный контур, который выполнен в виде короткозамкнутого отрезка коаксиальной линии и связан с первым резонансным контуром первым щелевым зазором, и генераторный диод, который установлен в отрезке прямоугольного вол-

10

н

12

/5

новода, отличающийся тем, что, с целью увеличения выходной мощности в расширенной полосе частот внешней синхронизации, дополнительно введены второй

5 генераторный диод, третий и четвертый резонансные контуры, при этом второй генераторный диод установлен сооснос первым генераторным диодом и включен встречно с ним, третий резонансный контур выполнен

10 петлевым, а четвертый резонансный контур выполнен в виде радиального резонатора, который настроен на вторую гармонику, расположен аксиально симметрично относительно оси первого и второго генератор- 15 ных диодов и связан с первым резонансным контуром вторым щелевым зазором

ЩЗ

--з