Генератор

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХЕСПУБЛИК 17818В 714 ТЕНИЯ чно-исследоваВ 9/14, оп.1983. ОМ Одта Васо"Вечев о 1 йе .аЬогатогез", у.2,тение относится жет быть испольраиваемого генеГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Государственный нтельский институт радио(56) ЕПВ М 0110 478, Н 03Койуааа е а. 20 С Реау Яузтегп йереасегЕестгса Соп 1 пщпсалоп24, М 7-8, 1976, рр. 552-5(57) Использование: изобрк СВЧ радиотехнике и мозовано в качестве перес Изобретение относится к области СВЧрадиотехники и может быть использовано ваппаратуре различного назначения, в томчисле в высокостабильных СВЧ генераторахсо схемой, ФАПЧ для передачи цифровойинформации по радиорелейным и спутниковым линиям связи,Известен перестраиваемый генератор,содержащий генераторный и варакторныйдиоды, размещенные в виде единого блокавнутри резонатора,-Механическая перестройка частоты генератора производится спомощью подвижной металлической втулки, надетой на стержень для подачи напряжения к варакторному диоду.Недостатки известных резонаторов -низкая температурйая стабильность частоты и значительный уровень фазовых шумов - .обусловлены невысокой добротностью используемых резонаторов, которая еще бо 2ратора в аппаратуре различного назначения. Сущность изобретения; в генератор, содержащий объемный цилиндрический резонатор Но 1 с подвижной первой торцевой стенкой, в который с помощью первого элеЦмента связи, включен активный полупро,водниковый элемент, ипервй варактор, введены второй элемент связй, второй варактор и первая и вторая петли связи. При этом первый и второй варактоэы установлены на второй торцевой стенке, второй эле-. мент связи установлен ва боКовой стенке резонатора, а перваяйвторай петли связи являются обеспечивающими связь первого и второго варакторовс резонатором соответственно. 5 ил. лее снижается из-за сильной связи с варак- д тором, 4В современной айпаратуре связи, где (р необходимо обеспечить высокую стабильность частоты и низкие фазовые шумы, используют СВЧ генераторы, стабилизированные высокодобротными цилиндрическиавй ми "объемными резонаторами с рабочиМ Ьф колебанием Но 11, Собственная добротность таких резонаторов в 3 см диапазоне составляет около 15000-20000.еааЗИзвестен СВЧ перестраиваемый генератор, содержащий генераторный диод внутри прямоугольного волново)а и.цилиндрический объемный резонатор Но 11, связанный с волноводом двумя отверстиями в торцевой стенке. Кроме того, в состав генератора входит варакторный диод, установленный в отдельном волноводном объеме, связанном с резонатором отверстием в ци10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 линдрической стенке, При изменении напряжения смещения на варакторе происходит небольшая электрическая перестройка частоты генератора, которая используется для создания частотной модуляции в канале служебной связи РРС, в состав которой входит данный СВЧ генератор.Данное устройство наиболее близко к заявляемому по технической сущности и выбрано в качестве прототипа,Недостатком прототипа является узкО- полосность, которая проявляется в том, что при изменении Частоты осйовного цилиндрического резойатора механическим путем надо тщательно перенастраивать и волноводный объем, в котором установлен варактор, Перенастройка затрудняется тем, что необходимо предпринимать меры для подавления паразитных колебаний внутри цилиндрического резонатора и особенно опасного иэ них колебания Е 111, имеющего одинаковую критическую частоту с рабочим колебанием Но 11. Таким образом, прототип имеет электрическую перестройку только вблизи одной частоть 1, на которую он предварительно настроен. Другими словами, электрическая перестройка не обесйечена в широком интервале механйческой перестройки частоты,Целью изобретения является обеспечение электрической перестройки частоты в широком диапазоне механической перестройки привыравниванйй вьГходной мощности генератора,Поставленная цель достигается тем, что в перестраиваемый СВЧ генератор, содержащий объемный цилиндрический резонатор с рабочим колебанием Но 11 с подвижйой и неподвижнойторцевыми стенками, связанный через отверстие связи с активным полупроводниковым прибором, и первый варактор, согласно изобретению введены второй варактор и две идентичные петли связи "йрй этом оба варактора размещены нанеподвижной торцевой стенке резонатора от"верстиеСвязи" выполнено вцилиндрической стенкерезонатора на расстоянии Хо от"неподвижной торцевой стенки, определяемом из соотношения:Яхо 1 з 1 п з 1 п Ыхо 1 Огг, ф где 1.,иг - длина резонатора на нижней и верхней частотах диапазона механической перестройки; 01 и Ог - внешняя нагруженная добротность резонатора на нижней и верхней частотах, определенная при условии размещения отверстия связи посредине между торцевыми стенками резонатора на той и другой частотах,петли связи расположены на расстоянии 0,48 В (В - радиус резонатора) от продольной осевой линии резонатора, осесимметрично и на одинаковом расстоянии от отверстия связи и ориентированы по направлению круговой линии, при этом начало каждой петли электрически соединено с неподвижной торцевой стенкой, а к концу каждой петли подсоединен соответствующий вара кто р.Сопоставительйый анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение содержит новые элементы и взаимосвязи и, таким образом, соответствует критерию "новизна".При изучении других технических решений, известных в данной области техники, признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не выявлены, что свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия",На фиг, 1 показан перестраиваемый СВЧ генератор, разрез по диаметральной плоскости резонатора; на фиг, 2 - разрез по сечению А-А, вид на неподвижную торцевую стенку резонатора с двумя петлями связи; на фиг. 3 - неподвижная торцевая стенка резонатора (изометрия) в масштабе увеличения; на фиг, 4 - отдельная петля связи с варактором внутри резонатора, (вариант 1); на фиг. 5 - отдельная петля связи.с варактором на микрополосковой плате снаружи резонатора (вариант 2).Перестраиваемый СВЧ генератор содержит объемный цилиндрический резонатор 1 с неподвижной торцевой стенкой 2 и подвижной торцевой стенкой (плунжером) 3, Активный полупроводниковый прибор 4, например, диод Ганна, установлен в волноводе 5,.связанном с резонатором 1 отверстием связи 6, На неподвижной торцевои стенке 2 размещены варакторы 7 и 8, подключенные соответственно к петлям связи 9 и 10, Начало каждой петли связи соединено с поверхностью торцевой стенки 2 через конденсаторы 11 и 12, Напряжение смещения подается на варактор 7 через провод 13,Устройство работает следующим образом,При движейии плунжера 3 изменяется объем резонатора 1 и происходит механическая перестройка частоты генерации. э)лектрическая перестройка частота осуще1781812 ствляется посредством двух варакторов 7 и Оо - собственная добротность резона, связанных с резонатором 1 петлями 9 и тора с учетом снижающего действия варак, Расположение этих петель связи выбра- торов, но так, что осуществляются две функции: Чем меньше величина Овн/Оо, тем на 1. Связь варакторов 7, 8 с рабочим коле дежнее работает генератор. банием Но 11 резонатора по магнитному по- Отдельно взятый цилиндрический резо.натор Но 11 в диапазоне 11 ГГц имеет собст. Разнос частот рабочего Но 11 и пара- венную добротность около 15000, а зитного Е 111 колебаний, современный варактор (например, АА 623Первая функция обеспечивается ориен А) не более 270, При относительно слабой тацией петель в резонаторе по направле- связиварактор Снижает результирующ ю нию круговой линии, при этом петли собственную добротность в меньшей степе- взаимодействуют с магнитным полем коле- ни, но всеже приполосе электрической перестройки 10 МГц (чтобы перекрыть сВторое требует пояснения, Паразитное 15 запасом температурный уход частоты при колебание Е 111 возникает в резонаторе стабилизации ее петлей ФАПЧ) варактор главным образом из-за неоднородности от- снижает результирующую собственнуюрсгия связи 6. Электрическое поле в рас- бротность резонатора Оо примерно вдвое, крыве отверстия 6 слабо возбуждает На этом фоне неблагоприятно сказыва- колебание Е 111, картина полей которого 20 ется изменение внешней нагруженной оимеет две пучности электрического поля Е бротности резонатора Овн в процессе по азимуту (4). Эти пучности расположены механическойперестройкичастоты. Форму- вблизи торцевых стенок резонатора осесим- ла для расчета Овн приведена в 6. Из-эа . метрично на расстоянии 0,48 й от оси (й - сильной частотной зависимости прохождерадиус цилиндрического резонатора) на 25 ния электромагнитной энергии через отодинаковом расстоянии от отверстия-свя-верстие (коэффициент М в формуле (2)/6 зи 6, Именнопоэтомувустройствеисполь- величина О, меняется от 1500 до 800 в зованы две петлисвязи 9. 10:. диапазоне механической перестройки часрасположенные в местах этих пучностей, тоты от 10,7 до 11,7 ГГц, если, как обычно,ри таком расположении петли дают.30 отверстие связи 6 расположено посредине сдвиг резонансных частот колебаний Но 11 между торцевыми стенками резонатора, В и Е 111, противоположный по знаку: итоге в диапазоне частот параметр связи- частота колебания Но 11 сдвигается Овн/Оо меняется от 0.1 до 0,2, в результате вверх (см, аналогичную задачу в (5); чего происходит снижение выходной мощ - частота колебания Е 111 сдвигается 35 ности на низкочастотном краю диапазона вниз, так как проводящие петли находятся вплоть до срыва генерации. в пучностях электрического поля этого коле- Для обеспечения устойчивости электрибания. Значительный разнос частот умень- ческой перестройки частоты и постоянства . шает практически до нуля коэффициент выходной мощности генератора отверстие связи между колебаниями Но 11 и Е 11 и, та связи 6 смещено в сторону плунжера 3 так; ким образом. устраняет действие паразит- чтобы зависимость движения плунжера ного колебания Е 111 на работу генератора, 1 тем не менее этого недостаточно для, скомпенсировала изменение,7 г хо обеспечения устойчивой электрической пе- ф" рестройки частоты в широком диапазоне 45 величины Оо,. Опираясь на формулу(2) /6), механической перестройки, Неустойчи- местоположение Хо отверстия связи опревость связана с изменением связи резо-деляется из соотношения; натора 1 с активным прибором 4 при движении плунжера 3 на фоне снижения Л хо собственной добротности резонатора из-за 50 ") О варакторов, 11 1О 2Работа генератора и постоянство выходной мощности зависит от параметра свя- где 1 и 2 длина резонатора на нижней и зи вн о, который характериз ет 55Р Р Р У . 55 верхней частотах диапазона механической вещественную часть проводимости резона- переперестройки; тора, приведенную к активному прибору. О 1 и 2 - внешняя нагруженная доброт.десь: вн - внешняя нагруженная доброт- ность резонатора на нижней и верхней часность резонатора при нагрузке через отверстие связи 6,тотах, определенная при условииразмещения отверстия связи 6 посредине между торцевыми стенками резонатора на той и другой частоте.При этом на краях диапазона механической перестройки частоты величина внешней нагруженной добротности 0 одинакова, а в середине диапазона отличается от нее незначительно. Следовательно, во всем диапазоне механической перестройки частоты величина параметра связи 0 ннИо неизменная, что обеспечивает устойчивую электрическую перестройку частоты и постоянство выходной мощности генератора,Различные конструктивные варианты соединения отдельной петли связи с варактором показаны на фиг, 4 и 5,В одном варианте конструкции, показанном на фиг, 4, начало петли связи 9 электрически соединено с неподвижной торцевой стенкой 2 резонатора через плоский конденсатор 11, Конец петли 9 соединен с варактором 7. установленном на торцевой стенке 2, внутри резонатора. Напряжение смещения на варактор 7 подается по проводу 13. Конденсаторы 11 и 14 и отрезок тонкого провода 15 между ними служат фильтром нижних частот, предотвращающим просачивание СВЧ энергии в цепь смещения,В другом варианте конструкции, показанном на фиг, 5, начало петли связи 9 непосредственно электрически соединено с неподвижной торцевой стенкой 2 резонатора, Конец петли 9 соединен через отрезок коаксиала 16 с варактором 7, установленном на торцевой стенке 2 на промежуточной микрополосковой плате 17. Микрополосковый шлейф 18 служит для электрического замыкания вывода варактора на торцевую стенку 2. На этот же вывод варактора подается напряжение смещения.В заключение следует отметить, что основные положения изобретения действительны не только для волноводного генератора с диодом Ганна (фиг, 1), но и для других разновидностей генераторов с цилиндрическим резонатором, Например, к отверстию связи 6 может примыкать не только волновод 5 с диодом 4 (фиг. 1), но и микрополосковая плата с СВЧ транзистором; В этом случае связь резонатора с мик рополосковой линией осуществляется через переход "щель-микрополосковая линия",Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое техническое решение 5 обеспечивает электрическую перестройкучастоты в широком диапазоне механической перестройки при выравнивании выходной мощности генератора. 10 Формула изобретенияГенератор, содержащий обьемный цилиндрический резонатор с рабочим колебанием Но 11 и радиусом й, первая торцевая стенка которого выполнена подвижной, а 15 вторая - неподвижной, активный полупроводниковый элемент, связанный через первый элемент связи с объемным цилиндрическим резонатором, и первый варактор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с 20 целью обеспечения электрической перестройки частоты в широком диапазоне механической перестройки при выравнивании выходной мощности генератора, введены второй варактор, второй элемент связи, 25 первая и вторая петли связи, при этом первый и второй варакторы установлены на второй торцевой стенке, второй элемент связи размещен на боковой стенке объемного цилиндрического резонатора на расстоянии 30 Хо от второй торцевой стенкивыбранном изсоотношения вп ( ) / л 01 г 35 где 11 и 12 - длины объемного цилиндрического резонатора на нижней и верхней частотах 4 О диапазона механической перестройки,01 и 02 - внешние нагруженные добротности объемного цилиндрического резонатора на нижней и верхней частотах, а первая и вторая петли связи расположены на рас стоянии 0,48 й от продольной оси обьемного цйлиндричвского резонатора осесимметрично относительно второго элемента связи и соединены одними концами с второй торцевой стенкой, а другими - с 50 первым и вторым варакторами соответственно,1781812 Составитель Н,Ш варевТехред М.Моргентал актор Н.Кол Корректор О.Густ Про издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ств Заказ 4281 Тираж Подписное ., ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5