Перестраиваемый генератор и способ его настройки

(51)5 Н 03 В 7/14 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН К ный элемент, который выполнен в виде дополнительного отрезка волновода с поршнем. Способ настройки генератора заключается в том, что настройка трех волноводных секций йроводится раздельно, при этом настройка первой секции в полосе механической перестройки частоты осуществляется короткозамыкающим поршнем с модулем коэффициента отражения 0,5/Г/ 0,6, настройка второй секции в полосе электрической перестройки частоты осуществляется до получения эйачений Модуля и фазы коэффицйента отражения соответственно /Г/0,5; иЬр) 1-, а окончательная наСтройка генератора осуктро ники ществляется ем дополнит т кциеи пе емещенигв основном волноводе, В этом случае рабочая частота генератора тесно связана с резонансной нерегулируемой частотойсобственных колебаний радиального резонатора, а строго контролируемое положен ие к орот ко за м йка тел я на ра с стоя ни и целого числа полуволн равносильно закора, чиванию по ВЧ-полю плоскости включенияварактора и резко сужает полосу электрической перестройки частоты, Настройка подобных генераторов сводится к подбору гометрических размеров радиальных резонаторов для получения. генерации на требуемой центральнойчастоте и подбору активных и варакторных диодов, при кото-, рых реализуютсяГнергетические и диапазонные характеристики генератора, При этом требования, предъявляемые к вараторам, не ясны, так как варактор включен е ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬТРИ ГКНТ СССР РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 1(54) ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ. ГЕНЕРАТОР И СПОСОБ ЕГО НАСТРОЙКИ(57) Изобретение относится к радиотехнике. С целью обеспечения оптимальных диапазонных и энергетических характеристик при механической и электрической перестройке частоты генератор выполнен в виде трех секций, е первой из которых установлен генераторный диод, во второй секции - варакторный диод с короткозамыкающим поршнем, а в третьей секции - регулировочИзобретение относится к области радиотехники СВЧ, точнее к твердотельным генераторам СВЧ с вара кторной перестройкой частоты, и может быть использовано в радиоизмерительной технике, технике средств связи в качестве гетеродйна с перестройкой частоты или перестраиваемого задающего генератора.Известны твердотельные генераторы, состоящие из генераторного и варакторного диодов, расположенных е резонансной СВЧ-системе, перестройка которых ограничена свойствами конструктивных элементов СВЧ-системы,Известны также твердотельные СВЧ-генераторы, состоящие из генераторного иваракторного диодов, включенных каждый в свой собственный внутриволноводный радиальный резонатор, и короткозамыкателя 1755358 А 1 Р рльного поршня. 2 с,п, ф-лы, 4 ил,го элемента с варактором, а также измене 30 35 резонансный колебательный контур и его реактивные параметры (в том числе и коэффициент перекрытия по емкости) трансформируются радиальным резонатором,Наиболее близким по технической сущности является твердотельный генератор СВЧ, содержащий гейераторный и варакторный диоды, расположенные вдоль оси волчовода на расстоянии приблизительно равном целому числу полуволн, короткозамыкающий поршень, расположенный на некотором расстоянии от варакторного диода, и шлейф в широкой стенке волновода, в котором располагается короткозамыкающий штырь, причем данный шлейф включен в той же плоскости поперечного сечения волновода, что и варакторныр диод, напряжение смещения на который подается бесштыревым способом через держатель диода,В известном генераторе с варакторной перестройкой настройка осуществляется следующим образом: изменение рабочей частоты, степень связи резонатора активноние полосы электрической перестройки производятся: изменением расстояния от короткозамыкателя в основном волноводе до варактора; изменение положения штыря в шлейфе позволяет изменять рабочую частоту генератора механическим способом, без сильного влияния на диапазон электрической пеоестройки частоты,Недостаток данного устройства заключается в том, что существует лишь одно оптимальное положение короткозамыкающего поршня в основном волноводе при определен. ой высоте расположения варактора в волноводе, при котором реализуется максимальная полоса электрической перестройки частоты, Совместным изменением положения короткозамыкающего поршня и высоты положения варактора в волноводе при определенном положении поршня в шлейфе достигается оптимизация диапазонных и электрических характеристик генератора, а дальнейшее изменение любого из подстроечных узлсв приводит к резкому изменению как полосы перестройки, так и выходной мощности в полосе электрической перестройки.Другим недостатком данного устройства является то, что шлейф с короткозамыкающим штырем расположен в той же плоскости поперечного сечения волновода, что и варактор, При выбранном расположении варактора и короткозаяыкающего поршня в основном волноводе изменение положения короткозамыкателя в шлейфе изменяет картину электромагнитного поля 5 10 15 20 в основном волноводе, что приводит к изменению связи системы варактор-короткозамыкатель в основном волноводе с генераторным диодом, Вследствие этого при изменении положения короткозамыкателя в шлейфе изменяется не только рабочая частота, но и диапазон электрической перестройки и выходная мощность в диапазоне перестройки.Недостатком способа настройки генератора является отсутствие возможности дискретной настройки варакторного и генераторного диода и вследствие этого отсутствие возможности определения требований, предьявляемых к ним для достижения максимальных энергетических и диапазонных характеристик,Цель изобретения - обеспечение оптимальных диапазонных и энергетических характеристик при механической и электрической перестройке частоты генерации; расширение диапазона электрической и механической перестройки частоты в области оптимальных энергетических характеристик перестраиваемого генератора.Поставленная цель достигается тем, что в генераторе СВЧ с варакторной перестройкой частоты, содержащем отрезок прямоугольного волновода с раположенными в нем генераторным и варакторным диодами, расстояние между осями которых составляет целое число полуволн, короткозамыкающий поршень, установленный на1 Воасстоянии= - 2 п) от варакторного диода, где 1 в - на волны в волноводе на центральной частоте полосы перестройки, и = 1, 2, 3., и регулируемый элемент, расположенный между генераторным и варакторным диодами - отрезок прямоугольного волновода, выполнен в виде трех секций: генераторной секции; варакторной секции и секции и регулировочным элементом, который выполнен в виде дополнительного отрезка волновода с дополнительным короткозамыкающим поршнем и установлен в поперечном сечении отрезка прямоугольного волновода,В способе настройки перестраиваемого генератора, включающем перемещение ко- роткозамыкающегР поршня в отрезке прямоугольного волновода и перемещение дополнительного короткозамыкающего поршня в дополнительном отрезке волновода, изменение высоты расположения генераторного и варакторного диодов вдоль вертикальной оси отрезка прямоугольного волновода, настройка трех волноводных секций проводится раздельно, При этом на1755358 циент включения варактора в ВЧ-цепь Включение между генераторной и варакторной секциями дополнительной волноводной секции с короткозамкнутым поршнем в поперечном сечении волновода равносильно включению в линию передачй между варакторным и генераторййм диодами последовательного реактивного сойротивления, что, в свою очередь, эквивалентно изменеской перестройки частоты осуществляется . короткозамыкающим поршнем с модулем коэффициента отражения 0,5 П0,6, настройка второй секции в полосе электрической перестройки частоты осуществляет ся до получения значения модуля и фазы коэффициента отражения соответственно: 1 ГФ 0,5 и Ьо- , а окончательная на- й стройка перестраиваемого генератора осу нию электрической длины линии передачи между диодами. В представлении варакторной секции в качестве перестраивающего поршня, управляемого напряжением, измеществляется третьей секцией перемещением дополнительного короткозамыкающего поршня. Эти признаки обеспечивают воэмож- нение электрической длины линии между ность механической перестройки частоты 15 диодами соответствует изменению положения данного перестРайъающего поршня, что приводит к изменению частоты генера- ции, Поэтому изменяя положение коротконаряду с электрической перестройкой частоты.генерации с сохранением оптимальных энергетических и диапазонных характеристикв области максимально воз- замыкателя в дополнительной секции,можных величин этих характеристик; что по достигают воэможности перстраивать механически частоту в области максимальных энергетических характерйстик, полученных при дискретных настройках генераторного и варакторного диодбв, так как при этом не ясняется следующим образом,Дискретная настройка варакторного диода позволяет представить волноводную секцию с варакторным диодом в виде аналога перестраивающего поршня для генера изменяются основные факторы, влияющие Расположение .короткозамыкающего тельная секция с дополнительным поршня в основном волноводе на расстоя- короткозамыкающим поршнем 10, КоЯв роткозамыкающий поршень в основномнии 1= - 4 - (2 п) исключает шунйрующее волноводе устанавливается на расс оявлияние реактивного сопротивления со сто-. 55 1 "8нии 1 = - 2 пот оси варакторного дироны поршня (при 1 = -4 - 2 п) 4 хф ) ода (с учетом реактивности штыря питания).lна дибпаэой изменения реактивного сопротивления варактора и увеличивает коэффиторной секции. При этом представлении на полосу перстройки и выходную мощваракторная секция может характеризо- ность, а именно модуль и изменение фазы ваться уже не параметрами собственно" ва- коэффициента отражения от варакторной рактора; такими как коэффициент секции,перекрытия; предпробивная емкость, до На Фиг,1 и 2 изображены конструкцйи бротность и т.дкоторые после установки генераторов-прототипов; на фиг.З - констварактора в ВЧ-цепь трансформируются руктивное выполнение заявляемого устрой- элементами монтажа дйода в корпус и эле--ства; на фиг,4 - схема измерения ментами его включения в 8 Ч-цепь и уже не параметров варакторной секции.могут контролироваться и оптимизировать Генератор С 8 Ч, конструкция которого ся, а может характеризоваться параметра- представлена на Фиг,З, состоит из генера ми, легко доступными к измерению и торнойсекций 1,варакторной:секции 2,волнастройке-модулемифазойкоэффициейта новодной секции с короткоэамкнутымотражения от нее, что в конечном итоге оп- поршнем в поперечном сечении волноводаределяет величину диапазона перестройки 40 3 и короткозамыкающим поршнем в основ- и выходную мощность в диапазоне пере-ном волноводе 4. Генераторная и варакторстройки. Дискретная настройка генератор- ная секции конструктивно выполнены ной секции позволяет изменять идентично и включают индуктивный штырь геометрические размеры элементов согла-питания 5, оксйдированную втулку 6 и шайсования импеданса диода и ВЧ-цепи 1 диа бу из поглощающвга материала 7, которая метр и длину штыря питания, глубину совместно с втулкой 6 представляет собой коаксиально-волноводного перехода), про- фильтр питания, 8 секциях под штырями извести настройку генераторной секции на установлены генераторный 8 и варакторный максимальную мощность в требуемой поло диоды. Между генераторной и вараксе электрической перестройки частоты. 50 торной секциями установлена дополниУстройство работает и настраивается следующим образом,Генераторный диод устанавливается в секцию, перестройка которой осуществляется перестраивающим поршнем с величиной коэффициента отражения на выходе, лежащей в пределах 0,5 Г0,6, Перемещая поршень, измеряют полосу механической перестройки и выходную мощность в полосе, Изменяя диаметр и длину штыря питания, а также величину коэффициента отражения от поршня, добиваются получения максимальных значений выходной мощности и полосы перестройки, Устанавливают варакторный диод в секцию и помещают эа ней короткозамыкающий поршень на расстоянии до оси диода на центральной частоте полосы перестройки.Присоединяют секцию с короткозамыкающим поршнем к трактату(фиг.4), Устанавливают частоту генерации генератора стандартных сигналов равной центральной частоте полосы перестройки, изменяя напряжение на варакторе, измеряют фазу и . коэффициент отражения от варакторной секции,Изменяя длину штыря питания и его диаметр, добиваются максимального значения коэффициента отражения от варакторной секции и максимального значения изменения его фазы, При этом коэффициент отражения должен быть большеГ 0,5 иуизменение фазы Л р = -З- ., Присоединяют варакторную секцию с короткозамыкателем к генераторной секции, устанавливая между ними дополнительную секцию с дополнительным короткозамыкающим поршнем.Изменяя напряжение на варакторном диоде, изменяют полосу генерации и выходную мощность, При этом выбирают оптимальное положение дополнительного короткозамыкателя в дополнительной секции, при котором полоса перестройки и выходная мощность максимальны. Механическая перестройка генератора осуществляется изменением положения короткозамыкателя дополнительной секции без значительного ухудшения выходных характеристик генератора, так как полоса перестройки определяется только изменением фазы коэффициента отражения от варакторной секции, а выходная мощность - модулем П; которые настраивались независимо,Предложенная конструкция генератора и способ его настройки по сравнению с прототипом обеспечивают следующие преимущества: варакторную перестройку частоты генератора в области максимальных энергетических характеристик генераторного дио 55. проводится раздельно, при этом настройкапервой секции в полосе механической перестройки частоты осуществляется короткозамыкающим поршнем с модулем коэффициента отражения 0,51 Г 1 0,6,1030 354045 50 да; (возможность варакторной и механической перестройки частоты генерации при сохранении оптимальных диапазонных характеристик генератора; реализацию максимальных потенциальных воэможностей генераторного и варакторного диодов, благодаря раздельной настройке и оптимизации генераторной секции; качественную отбраковку генераторного и варакторногодиодов благодаря введению требований,предьявляемых к ним и измерению их параметров в режимах, близких к рабочим,формула изобретения 1. Перестраиваемый генератор, содержащий отрезок прямоугольного волновода,в котором расположены генераторный диод, варакторный диод, короткозамыкающий поршень, установленный наЛврасстоянии (2 п) от варакторного дио 4да, где Лв - длина волны в отрезке прямоугольного волновода, и регулируемый элемент, расположенный между генераторным и варакторным диодами, о т л и ч а ю -.щ и й с я тем, что, с целью обеспеченияоптимальных диапазонных и энергетических характеристик при механической и электрической перестройке частоты, отрезок прямоугольного волновода выполнен в виде трех секций, в первой из которых установлен генераторный диод, во второй секции установлен варакторный диод с короткоэамыкающим поршнем, а в третьей секции установлен рагулировочный элемент, который выполнен в виде дополнительного отрезка волновода с дополнительным короткозамыкающим поршнем и установлен в поперечном сечении отрезка прямоугольного волновода,2, Способ настройки перестраиваемогогенератора, включающий перемещение короткозамыкающего поршня в отрезке прямоугольного волновода, дополнительного короткозамыкающего поршня в дополнительном отрезке волновода, изменение высоты расположения генераторного и варакторного диодов вдоль вертикальной оси отрезка прямоугольного волновода, о тл и ч а ю щ и й с я тем; что, с целью расширения диапазона электрической и механической перестройки частоты в области оптимальных энергетических характеристик перестраиваемого генератора, настройка трех волноводов секцийнастройка второй секции в полосе электрической перестройки частоты осуществляется до получения эначений модуля и фазы коэффициента отражения соответКственно 1 Г0 5 и Лф) -, а окончательная настройка перестраиваемого генератора осуществляется третьей секцией перемещением дополнительного короткоэамыкающего поршня;51755358 Ь,Г 8 едактор И. ктор В;Ша Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 аз 28 ВНИ Составитель Р, АвакянТехред М,Моргентал Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Рауаская наб 45