Генератор Харьковского С.Н Советский патент 1993 года по МПК H03B7/14 

Фиг4

Изобретение относится к СВЧ-электро- нике, а именно к полупроводниковым генераторам СВЧ-колебаний, и может быть использовано в спектроскопии, радиолокации, связи и других областях.

Цель изобретения - обеспечение двух- частотного режима генерации близколежа- щих частот, а также раздельного вывода сигналов разной частоты.

Положительный эффект в предлагаемом изобретении достигается за счет того, что в системе двух полудисков при выбранном расстоянии I м.ежду их серединами возбуждаются на одной частоте f0 четный и нечетный относительно плоскости симметрии системы типы азимутальных колебаний. При расположении полудисков под углом друг к другу и выбранном I происходит междутиповая связь и перестройка этих колебаний, которая проявляется следующим образом, Во-первых, наблюдается расщепление частоты f0 на fi и h: во-вторых, расщепление пятен полей на зеркале под полудисками на пятна поля с соответствующими частотами f i и f2, которое обнаружено впервые. Выполнение в зеркале по крайней мере под одним из полудисков двух прямоугольных отверстий с диодами и короткоза- мыкателями обеспечивает независимую генерацию одного диода на частоте fi, a другого - на частоте fa, чтЬ невозможно в прототипе. Размещение и под вторым полудиском отверстий с диодами и короткоза- мыкателями увеличивает мощность генерации на обеих частотах f i и f2. Двухча- стотный сигнал выводится диэлектрическим волноводом либо разделяется по двум частотным каналам.

, На фиг. 1 изображен схематически генератор с диэлектрическим волноводом для вывода энергии; на фиг. 2 - то же (сечение А-А на фиг, 1): на фиг. 3 - то же, вид сверху без. диэлектрического волновода; на фиг. 4 - то же с введенным двухканальным выводом энергии в виде двух прямоугольных металлических волноводов.

Предлагаемый генератор содержит открытый резонатор с металлическим зеркалом 1 и двумя диэлектрическими полудисками 2 и 3. По крайней мере под одним из них (напри-1 мер, 2) выполнены в зеркале 1 два прямоугольных отверстия 4 и 5 с размещенными в них полупроводниковыми диодами 6 и 7 и короткозамыкателями 8 и 9, Имеется диэлектрический волновод 10 для вывода энергии, электромагнитно связанный с полудисками 2 и 3. Диэлектрические полудиски 2 и 3 расположены под углом р друг Ч другу (фиг. 3), предельные значения которого соответствуют параллельным полудискам (но р & 0) и касающимся с одной из их сторон, т.е. крайним положениям наклона полудисков друг к другу. При этом расстояние I между их серединами выбрано из условйя I Ад/10, где Ад - длина волны в диэлектрических полудисках 2 и 3.

В генераторе в каждом короткозамыка- теле 8 и 9 могут быть выполнены щели 11 и 12, к которым подключены введенные отрезки прямоугольного волновода 13 и 14.

Генератор работает следующим образом.

При подаче напряжения питания на по- лупроводниковые диоды б и 7 в системе диэлектрических полудисков 2 и 3, расположенных под углом друг к другу на расстоянии I между их серединами, возбуждаются междутиповые колебания, имеющие близ

колежащие частоты и расщепленные пятна

их полей на зеркале 1, Эти колебания являются результатом междутиповой связи вблизи совпадения частот четного и нечетного типов азимутальных колебаний системы диэлектрических полудисков 2 и 3, Диоды 6 и 7 оказываются в пятнах полей с разными близколежащими резонансными частотами, что и определяет генерацию первого диода на одной из этих частот, а второго - на другой. Энергия двухчастотного сигнала выводится диэлектрическим волноводом 10.

Выполнение отверстий с диодами и короткозамыкателями под полудиском 3 увеличивает генерируемую мощность на

каждой частоте.

При выполнении в каждом короткозамыкателе 8 и 9 щелей 11 и 12, к которым

подключены отрезки прямоугольного волповода 13 и 14, обеспечивается раздельный

вывод сигналов разной частоты.

П р и м е р. В связи с отсутствием работ по исследованию открытых резонаторов с металлическим зеркалом и двумя диэлектрическими полудисками (полудисковые)вблизи точек совпадения частот их колебаний проведены экспериментальные исследования таких режимов. Эксперименты проведены в

диапазоне частот 27,0-47,0 ГГц. Использованы полудисковые резонаторы из фторопла- ста-4 с радиусом 39 мм и высотой 7,2 мм.

При возбуждении системы полудисков внешним генератором со свипированием частоты наблюдаются две сетки резонансных частот, соответствующие четному и нечетному относительно плоскости симметрии между полудисками типам азимутальных колебаний. Экспериментально установлено, что при рас

стоянии I Ад /10 между полудисками реализуется точка совпадения частот четного n-го колебания и нечетного (п - 1)-го колебания. Наклон полудисков под углом один к другому (нарушение параллельности их оснований) приводит к междутиповой связи этих колебаний, которая проявляется следующим образом. Например4 при возбуждении колебаний ЕН40,1,1четныи и ЕНз9,1,1нечетный при I Ад /10 0,5 мм наблюдают два резонансных пика с частотами f 1 40,33 ГГц и h 40,39 ГГц. Каждому пику соответствуют свои пятна поля на зеркале: с одной стороны под одним полудиском пятно поля, соответствующее ft, под другим - f2, а с другой диаметральной стороны - наоборот.

Описанная выше система использовалась в макете генератора, в котором в областях локализации полей одного из полудисков размещались два отверстия в зеркале с диодами Ганна и короткозамыка- телями. При подаче напряжения питания на диоды по диэлектрическому волноводу принимался двухчастотный сигнал с fi 40,33 ГГц и fa .40,39 ГГц с уровнем мощности несколько десятков милливатт. При выводе энергии по двум металлическим волноводам через щели связи осуществлялось разделение сигналов по двум частотным каналам.

Создание генератора с двумя полудисками, выбор их взаимного расположения обеспечивают устойчивую двухчастотную генерацию с близколежащими частотами, что невозможно в прототипе. При этом в предлагаемом генераторе имеется возможность разделять генерируемые частоты по

двум.каналам с одинаковым уровнем мощ ности. Важным достоинством предлагаемого генератора является использование квазиоптического открытого резонатора. что перспективно для коротковолновой части миллиметрового диапазона. Использование диэлектрических волновода и резонатора позволяют изготавливать генератор методами гибридно-интегральной технологии, что создает возможность массового производства при сравнительно низкой стоимости.

Формула изобретения 1. Генератор, содержащий открытый резонатор, на металлическом зеркале которого прямоугольными основаниями установлены два диэлектрических полудиска, по крайней мере под одним из которых выполнено в металлическом зеркале два прямоугольных отверстия с размещенными в них диодами и короткозамыкателями, и диэлектрический волновод вывода энергии, электромагнитно связанный с диэлектрическими полудисками, отличающийся тем, что, с целью обеспечения двухчастотного режима генерации близколежащих частот, диэлектрические полудиски расположены под углом один к другому, при этом расстояние I между их серединами выбрано из условия I Ад/10, где Яд - длина волны в диэлектрических полудисках.

2. Генератор поп. 1,отличающий- с я тем, что, с целью раздельного вывода сигналов разной частоты, в каждом коротко- замыкателе выполнена щель, к которой подключен введенный отрезок прямоугольного волновода.

Изобретение относится к электронике СВЧ и может быть применено для создания радиоприемных и радиопередающих устройств миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн. Генератор содержащий открытый резонатор с металлическим зеркалом 1 и двумя диэлектрическими полудисками, по крайней мере под одним из которых (например, под полудиском 2), размещены два прямоугольных отверстия 4 и 5 в зеркале 1 с полупроводниковыми диодами 6 и 7 и короткоз амыкателями 8 и 9. Имеется диэлектрический волновод 10 для вывода энергии. С целью обеспечения двух- частотного режима генерации близколежа- щих частот расстояние между серединами полудисков выбрано равным 1/10 длины волны в них. Расстояние между краями полудисков регулируется. Вывод энергии может быть осуществлен с помощью двух прямоугольных металлических волноводов 13 и 14, каждый из которых связан с резонатором чер.ез соответствующую щель связи 11 и 12, что обеспечивает раздельный вывод двух сигналов разных частот по двум каналам. 1 з.п,ф-лы, 4 ил. СП