СВЧ-генератор Советский патент 1993 года по МПК H03B5/18 

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в радиотехнических системах сверхвысоких частот в качестве малошумящего гетеродина.

Известны конструкции микрополоско- вых автогенераторов (АГ) на СВЧ-транзи- с торах, в которых для стабилизации частоты колебаний используют диэлектрические резонаторы (ДР) со структурой поля типа Ноту . Стабилизированные АГ часто строятся на основе усилителя, охваченного цепью полох ельной обратной связи, в которую включен ДР. При таком способе включения резонатор шунтируется как со стороны входа, так и выхода усилителя, что приводит к снижению нагруженной добротности колебательной системы, Особенно сильно последний эффект проявляется при использовании ДР, расположенного вблизи микро- полосковых линий (МПЛ).

Из известных АГ наиболее близким по технической сущности является автогенератор, содержащий усилитель на ПТ, выполненный по схеме с заземленным истоком, и ДР, размещенный в непосредственной близости от отрезков МПЛ, подключенных к стоку и затвору транзистора.

К недостаткам конструкции можно отнести следующее. Уменьшение усиления ПТ с ростом частоты приходится компенсировать путем увеличения связи ДР с входом и выходом усилителя. Усиление связи достигается за счет уменьшения расстояния между ДР и МПЛ. При этом наблюдается резкое падение добротности резонатора и затрудняется настройка генератора, поскольку незначительное смещение ДР приводит к заметному-изменению величины связи с МПЛ и смещению резонансной частоты колебательной системы. Применение ДР искХ|

00 Х|

со

CJ

лючает возможность перестройки частоты генерации в широких пределах.

Целью изобретения является повышение стабильности частоты и выходной мощности при одновременном расширении диапазона перестройки частоты АГ, Кроме того, упрощается настройка автогенератора..

Поставленная цель достигается тем, что в СВЧ-генераторе, содержащем транзи- сторный усилитель с входной и выходной мйкрополоскдйймй линиями передачи, к которым через и второй элементы связи подключён стабилизирующий резонатор с узлом перестройки частоты, стабилизиру- ющий резонатор выполнен в виде металлического цилиндра, диаметр D и высота Н которого выбраны из условий

D - с (п- f); Н (0,17 ... 0,27) D, где f - частота; с - скорость света; v - первый корень функции Бесселя первого порядка, первый и второй элементы связи расположены симметрично относительно продольной оси стабилизирующего резонатора и выполнены в виде полуцилиндри- ческих проточек в его боковой стенке, внутри которых размещены введенные отрезки проводников, гальванически соединенные с входной и выходной мйкрополос - ковымилиниями передачи соответственно, а узел перестройки частоты расположен на расстоянии (0,25 ... 0,35) D of одного из элементов связи и выполнен с возможностью перемещения вдоль, продольной оси стабилизирующего резонатора. Сам тран- зисторный усилитель с входной и выходной микрополосковыми линиями передачи расположен на торце металлического цилиндра.. , ..;..

Для получения низкого ТКЧ-генератора стабилизирующий резонатор может быть выполнен из суперинвара.

Предлагаемый резонатор имеет более высокую добротность, чем ДР, резонаторы на основе отрезков прямоугольного волно- вода и резонаторы с радиальным типом колебания.

Предложенный способ связи МПЛ с резонатором дозволяет получить сильную связь без ухудшения собственной доброт- ности резонатора, Экспериментально было получено ослабление порядка 3 дБ при включении резонатора на проход в микро- полосковую линию без ухудшения его собственной добротности. Этот эффект может быть объяснен тем, что элементы .связи не нарушают структуру поля в резонаторе и не вносят со своей стороны дополнительные потери. Благодаря этому не происходит

трансформация энергии основного типа колебания в энергию высших типов волн нз элементах связи, что является основной причиной падения собственной добротности резонаторов при увеличении связи с внешними цепями.

Добротность резонатора, а значит и стабильность частоты колебаний генератора зависят от отношения H/D. При H/D 0,17 добротность резонатора падает более чем на 30 % по сравнению с максимально достижимым значением. С ростом отношения H/D возрастание добротности замедляется. Увеличение H/D сверх 0,27 может дать выигрыш в добротности резонатора порядка 5-7 %, Однако при этом возникает опасность появления в рабочей полосе усилителя резонансов на колебаниях другого типа, что может привести к перескоку частог ты и мощности колебаний АГ.

Переход к объемному резонатору предлагаемой конструкции позволяет существенно расширить диапазон механической перестройки частоты существенно расширить диапазон механической перестройки частоты автогенератора и исключить возможность перескоков частоты при перестройке. В описанной конструкции АГ удалось получить широкую полосу частот вблизи рабочей, свободную от дополнительных резонансов. Это связано с тем, что колебания Н-типов не возбуждаются описанными элементами связи, а наиболее близкие по частоте к рабочей моде колебания типа Eon, Е ою, Е210 имеют частоты, далеко отстоящие от диапазона перестройки АГ (fEon 1,64 fEno, fEoiO 0,65.fElio.

fE2io -1,3 feno)- При введении в резонатор в качестве элемента перестройки керамического или металлического винта перестраиваются одновременно все моды резонатора. Однако скорость перестройки частоты колебания типа Ёою приблизительно совпадает со скоростью частоты рабочего типа Епо, а скорость перестройки частоты колебания Еаю приблизительно в 10 раз меньше. Последнее связано с тем, что элемент перестройки сказывается в узле электрического поля колебания Е2Ю. Если расстояние до элемента перестройки будет больше, чем 0,35 D, то диапазон перестройки частоты АГ уменьшится более чем на 30 % из-за того, что элемент перестройки удалится от пучности электрического поля рабочего колебания. Если расстояние до элемента перестройки будет меньше 0,25 D. то резко возрастет скорость перестройки частоты колебания Еаю. Эта частота может попасть в полосу усиления усилителя и вызвать перескок частоты АГ, что равносильно отказу последнего. При размещении элемента перестройки на расстоянии (0,25 ... 0,35) D от одного из элементов связи можно обеспечить перестройку частоты АГ более чем на 20 % без опасности перескоков частоты,

На фиг. 1 схематично изображен автогенератор (АГ) на полевом транзисторе; на фиг. 2-сечение А-А на фиг. 1.

АГ состоит из усилителя на ПТБШ 1 типа ЗП604 В. Транзистор вместе с микрополо- сковымм шлейфами на затворе и стоке укреплен на металлическом основании 2, которое одновременно является верхней крышкой объемного резонатора 3. С помощью емкостей Ci и С2 собственно усилитель связан с МПЛ, которые, в свою очередь подключены к резонатору с помощью элементов связи. Элементы связи состоят из полуцилиндрических проточек 4 в боковых стенках резонатора. Внутри проточек про- ходят гонкие проводники в прикрепленные одним концом к нижней крышке 5, вторым - к МПЛ 7. В верхней крышке резо- натора 2 сделаны отверстия 8 диаметром приблизительно 3 do (do - диаметр проводника 6), через которые проходят проводники элементов связи.

Перестройка частоты производится введением в объем резонатора винта 9, выполненного из керамики с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости, Съем полезной мощности осуществляется через МПЛ 10, связанную с АГ через емко- стной зазор. , Аг работает следующим образом.

Коэффициент усиления транзисторного каскада Ку и коэффициент передачи ft кольца обратной связи, в которую включен резо- натор, выбирают такими, чтобы обеспечить условие самовозбуждения АГ

Ку 1.

Длины МПЛ и дополнительных реактивных шлейфов выбираются такими, чтобы на- бег фазы в кольце обратной связи был кратен 2П на рабочей частоте резонатора

fo 2 лгп (п 1,...).

После подачи напряжения на такой АГ в нем установятся колебания на частоте резонатора. Поскольку полоса усиления транзисторного усилителя на верхнем краю СВЧ-диапазона не превышает 10 -20 %, то опасность возникновения каких-либо дополнительных колебаний практически отсутствует. В пределах полосы усиления транзисторного каскада частоту можно перестраивать с помощью диэлектрического винта 9, (фиг, 1).

Форму л а и з обретения

1. СВЧ-генератор, содержащий транзисторный усилитель с входной и выходной ммкрополосковыми линиями передачи, k которым через первый и второй элементы связи подключен стабилизирующий резонатор с узлом перестройки частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности частоты и выходной мощности при одновременном увеличении диапазона механической перестройки частоты, стабилизирующий резонатор выполнен в виде металлического цилиндра, диаметр D и высота Н которого выбраны из условия

D н (0,17 - 0,27) D,

JJf Т

где f-частота;

с - скорость света; ..

г и - первый корень функции Бесселя первого порядка, первый и второй элементы связи расположены симметрично относительно продольной оси стабилизирующего резонатора и выполнены в виде полуцилиндрических проточек в его боковой стенке, внутри которых размещены введенные от- . резки проводников, гальванически соединенные с входной и выходной микрополос- ковыми линиями передачи соответственно, а узел перестройки частоты расположен на расстоянии (0,25-0,35) D от одного из элементов связи и выполнен с возможностью перемещения вдоль продольной оси стабилизирующего резонатора.

2. СВЧ-генератор по п. отличающийся тем, что транзисторный усилитель с входной и выходной микрополосковыми линиями передачи расположён на торце металлического цилиндра.

Использование: в технике СВЧ, в при- емно-передающих устройствах. Сущность изобретения: СВЧ-генератор с объемным резонатором содержит транзисторный усилитель с входными и выходными микро- полосковыми линиями передачи, расположенными на основании стабилизирующего цилиндрического резонатора,диаметр D и высота Н которого удовлетворяет соотношеD Ј2 н (0,17 ... 0,27) D, где f -. нию nf частота; с - скорость света; т/n первый корень функции Бесселя первого порядка, боковая стенка резонатора снабжена кольцевой проточкой не полной высоты, внутри которых размещены элементы связи, узел перестройки частоты расположен на расстоянии (0,25 ... 0,35) D от одного из элементов связи.2 ил. СО С

)/X™-