УДВОИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА Советский патент 2006 года по МПК H03B19/10 

Изобретение относится к удвоителям частоты на полупроводниковых диодах, параметры которых зависят от величины приложенного к ним напряжения.

Замена электровакуумных генераторных приборов, таких как трехэлектродные лампы, клистроны, ЛБВ и т.д., разного рода полупроводниковыми приборами, позволяет значительно уменьшить вес и габариты, увеличить надежность и экономичность радио-электронной аппаратуры. Наиболее широко в качестве полупроводниковых генераторов используются транзисторы. Однако уровень генерируемой ими мощности с повышением рабочей частоты резко падает. Поэтому в настоящее время для повышения частоты колебаний, генерируемых транзисторами, широко используются устройства на полупроводниковых диодах, параметры которых зависят от приложенного к ним напряжения. Они известны также под названием варакторных генераторов гармоник или варакторных умножителей частоты. Такие устройства описаны в научно-технической (см., например, Penfield and Rafuse, Varactor Applications, M.I.T.Press, 1962) и патентной литературе.

С целью увеличения выходной мощности варакторных умножителей частоты в них применяют несколько диодов, включенных параллельно, последовательно или по смешанной последовательно-параллельной схеме. Применяют также балансные и мостовые схемы включения.

При работе варакторных умножителей частоты, из-за нелинейной зависимости параметров варакторов от приложенного к ним напряжения, возникает значительное число гармоник входной частоты. Для эффективной работы умножителя необходимо, чтобы все гармоники, кроме той, которая является рабочей, не попадали во внешние цепи. С этой целью используют специальные селективные цепи, входящие в схему умножителя (так называемые холостые контуры), или используют фильтры, включенные на входе и выходе. Использование холостых контуров и фильтров усложняет схему умножителя частоты, затрудняет его регулировку и в большинстве случаев сужает полосу пропускаемых частот. Балансные и мостовые схемы позволяют, не вводя дополнительных цепей, подавить некоторые гармоники. Однако при работе в диапазоне СВЧ мостовые схемы получаются слишком громоздкими и поэтому они не получили широкого распространения. Наиболее предпочтительной с точки зрения повышения выходной мощности, расширения полосы, подавления нежелательных гармоник и простоты регулировки является балансная или двухтактная схема.

В патентной литературе (см. патент США №3307099, кл.521-69) описан умножитель частоты на полупроводниковых диодах. Умножитель работает следующим образом. Колебания на частоте f через входную цепь, состоящую из петли связи и двух конденсаторов переменной емкости, поступают во входной резонатор, в который включены два диода по балансной схеме. За счет нелинейных характеристик диодов в резонаторе возбуждаются колебания на частотах 2f, 3f, 4f и т.д. Балансное включение диодов позволяет подавить все нечетные (3f, 5f, 7f и т.д.) гармоники. Колебания с частотой 2f выделяются с помощью выходного контура, который через емкость связи соединен с диодами. Этот же контур отфильтровывает гармоники с частотами 4f, 6f и т.д.

Для подбора оптимального рабочего режима диодов на них через блокировочную цепочку подается постоянное смещение.

Этот умножитель имеет следующие недостатки. Колебания на частоте f поступают в умножитель через несимметричную цепь, нарушая симметрию работы диодов, что приводит к ухудшению подавления нечетных гармоник. Другой недостаток умножителя заключается в необходимости подбора диодов с идентичными характеристиками, так как на них подается одинаковое постоянное смещение. Различие в характеристиках диодов приводит к перегрузке одного из диодов и к дальнейшему ухудшению симметрии схемы.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. создание балансного удвоителя частоты с улучшенной симметрией и уменьшенным уровнем нечетных гармоник на выходе, который не требует подбора диодов с идентичными характеристиками.

Поставленная цель достигается применением симметричной входной цепи, образованной отрезком разомкнутой с двух сторон линии, к которой подключены конденсаторы переменной емкости, а также отделением по постоянному току одного диода от другого, что позволяет производить раздельную регулировку постоянного смещения, подключаемого к каждому диоду.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схематическая конструкция удвоителя частоты и введены следующие обозначения. Через входной разъем 1 и конденсатор переменной емкости 2 колебания с частотой f поступают на симметричный входной контур, образованный отрезком линии 3 и конденсаторами 4, 5. За счет магнитной связи между линией 3 и линией 6 напряжение с частотой f будет приложено к диодам 7, 8. Варакторные диоды 7,8 отделены друг от друга по постоянному току конденсаторами постоянной емкости 9, 10. Постоянное смещение на диоды подается через раздельные цепочки, состоящие из высокочастотных дросселей 11, 12, блокировочных конденсаторов 13, 14, 15, 16 и сопротивлений 17, 18. Напряжения смещения подключаются к клеммам 19, 20.

Колебания с частотой 2f через конденсатор связи 21 поступают в выходной контур, образованный отрезком линии 22 и конденсатором переменной емкости 23. Выходной контур связан с нагрузкой через конденсатор связи 24 и выходной коаксиальный разъем 25.

Удвоитель частоты работает следующим образом. Входной сигнал с частотой f подключается к разъему 1 и через конденсатор связи 2 поступает во входной контур, образованный отрезком разомкнутой с двух сторон линии 3 и двумя конденсаторами переменной емкости 4,5. Оптимальное согласование входа умножителя с источником сигнала осуществляется изменением величины конденсатора связи 2. Настройка входного контура в резонанс с входным сигналом производится с помощью конденсаторов 4, 5. Во входном контуре возникает симметричное распределение электрического и магнитного полей, причем пучность магнитного поля устанавливается в центральной точке линии, а пучности электрического поля устанавливаются на концах линии 3. Так как направление силовых линий магнитного поля и их пространственное распределение во входном контуре и в контуре, образованном отрезком линии 6 и варакторами 7, 8 совпадают, эти два контура будут эффективно связаны друг с другом и напряжение с частотой f будет приложено к диодам 7, 8. В силу симметричности входного контура напряжения, приложенные к диодам 7, 8, будут равны по величине. В случае, если параметры диодов 7, 8 неодинаковы, с помощью раздельной регулировки смещения, подаваемого на клеммы 19, 20 производится дополнительное симметрирование схемы. Признаком удовлетворительной симметрии может быть равенство постоянных составляющих тока, протекающих через диоды 7,8 и измеряемых с помощью миллиамперметров (на чертеже не показаны), включенных последовательно с источником смещения. Конденсаторы постоянной емкости 9, 10 разделяют диоды 7, 8 друг от друга по постоянному току. Указанные обстоятельства улучшают балансировку схемы и исключают необходимость подбора диодов 7, 8 с идентичными характеристиками.

За счет нелинейности характеристик диодов 7, 8 ток, протекающий через них, будет иметь резко несинусоидальный характер и содержать составляющие с частотами 2f, 3f, 4f, 5f и т.д. При полной симметрии схемы колебания с частотами 3f, 5f, 7f и т.д. будут подавляться. Колебания с четными частотами, т.е. 2f, 4f, 6f и т.д., через конденсатор связи 21 попадают в выходной контур 22, 23, где нежелательные составляющие отфильтровываются. Выходной контур 22, 23 связан с нагрузкой через конденсатор переменной емкости 25, с помощью которого производится оптимальная регулировка связи с нагрузкой.

Описанный удвоитель частоты, изготовленный с применением серийных отечественных диодов 2B106Б, имел выходную мощность 9 Вт на частоте 850 мГц при КПД, равном 65-70%. При этом подавление гармоник на выходе умножителя было лучше 25 дБ.

Изобретение относится к удвоителям частоты на полупроводниковых диодах, параметры которых зависят от величины приложенного к ним напряжения. Технический результат заключается в уменьшении уровня нечетных гармоник и исключении подбора диодов с идентичными характеристиками. Для этого устройство содержит входной и выходной коаксиальные разъемы, входную цепь, выходной контур, цепи смещения диодов, состоящие из высокочастотных дросселей, блокировочных конденсаторов и резисторов, при этом входная цепь выполнена в виде регулируемого конденсатора связи, симметричного резонансного контура, образованного отрезком линии, разомкнутой с двух сторон, и двух переменных конденсаторов, включенных на разомкнутых концах этой линии, причем диоды отделены друг от друга двумя последовательно включенными конденсаторами постоянной емкости. 1 ил.

Удвоитель частоты сверхвысокочастотного диапазона, выполненный на двух варакторных диодах, включенных по балансной схеме, содержащий входной и выходной коаксиальные разъемы, входную цепь, выходной контур и цепи смещения диодов, состоящие из высокочастотных дросселей, блокировочных конденсаторов и резисторов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения уровня нечетных гармоник и исключения подбора диодов с идентичными характеристиками, его входная цепь выполнена в виде регулируемого конденсатора связи, симметричного резонансного контура, образованного отрезком линии, разомкнутой с двух сторон, и двух переменных конденсаторов, включенных на разомкнутых концах этой линии, причем диоды отделены друг от друга двумя последовательно включенными конденсаторами постоянной емкости.