Надширокосмуговий напівпровідниковий генератор квазімонохроматичного сигналу міліметрового діапазону

Изобретение относится к области радиоизмерительной техники и предназначено для использования в радиотехнических устройства х миллиметрового (мм) диапазона, а также в медицине для КВЧ терапии. Известен генератор сигналов мм диапазона Г4-142 [1]. Он работает в диапазоне 53,5 - 78,3 ГГц. Основными недостатками этого генератора является большие габариты, масса и потребляемая мощность, низкая надежность, обусловленная применением лампового генераторного электронного прибора, ограниченный диапазон частот. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является полупроводниковый сверхширокополосный генератор шума миллиметрового диапазона [2]. Генератор имеет малые массу, габариты, потребляемую мощность, высокую надежность, сверхширокий диапазон частот. Недостатком прототипа является низкое качество спектра выходного сигнала. Это обуславливается частотной модуляцией шумовым сигналом, а также многомодовостью выходного сигнала, которая лежит в принципе построения генератора. В основу изобретения поставлена задача получения сверхширокополосного высококачественного квазимонохроматического сигнала мм диапазона. Поставленная задача решена тем, что вход последовательно соединенных генератора, управляемого напряжением (ГУН) и нелинейного элемента с регулировкой рабочей точки (ИЭ), согласно изобретению соединен с выходом регулируемого генератора постоянного напряжений (РГПН), выход НЭ соединен с входом волноводного запредельного фильтра (ФВЗ), выход которого является выходом устройства, при этом регутир ующий вход НЭ соединен с выходом регулируемою генератора постоянною тока (РГПТ). Положительный эффект состоит в изменении спек гра выходного сигнала генератора, позволяющем получить высококачественный квазимонохроматический сигнал в диапазоне частот до сотен ГГц, что в десятки раз превышает диапазон классических генераторов. Эффект достигается путем замены низкочастотного генератора шума прототипа на РГПН для установки частоты и введением о схему РГПТ, позволяющем выделить рабочую гермонику в спектре выходного сигнала, при этом появляется возможность замены полосового фильтра на более простой ФВЗ. На чертеже приведена структурная схема генератора. Выход РГПН 1 соединяется с последовательно соединенными ГУН 2 и НЭ 3, управляющий вход НЭ 3 соединен с выходом РГПТ 4, а выход с входом ФВЗ 5, при этом выход ФВЗ 5 является выходом генератора. Генератор работает следующим образом. Спектр выходного сигнала образуется путем умножения частоты ГУН 2 в область мм диапазона и представляет собой ряд гармонических составляющи х. Средняя частота ГУН 2 (fср) и диапазон перестройки (df) выбраны таким образом, что размноженный сигнал без пропусков перекрывает весь частотный диапазон, начиная с нижней рабочей частоты (Fн). Это условие можно записать в виде выражения Снизу диапазон частот предлагаемого устройства ограничивается только условием (1), а сверху максимально возможным коэффициентом умножения (т.е. типом НЭ 3). РГПН 1 управляет частотой ГУН 2 в пределах диапазона df. НЭ 3 выполняет роль умножителя частоты сигнала ГУН 2. При этом частота выходного сигнала устройства (F) определяются соотношением где f – текущее значение частоты ГУН; N - текущий номер рабочей гармоники. Коэффициент преобразования умножителя частоты НЭ 3 на данном номере гармоники определяется током смещения, поступающим с выхода РГПТ 4, что позволяет выделить рабочую гармонику и подавить остальные. ФВЗ 5 имеет характер фильтра верхних частот и дополнительно подавляет наиболее мощные гармоники с номерами меньше Nн = Fн /fв. Таким образом на выходе ФВЧ 5 образуется сигнал, спектр которого представляет собой монохромат, перестраиваемый без пропусков в сверхширокой полосе мм диапазона с подавленными гармоническими составляющими ГУН, Качество спектра выходного сигнала означает максимальное приближение к спектру гармонического сигнала, что достигается глубоким подавлением нерабочих гармоник. Автор испытал генератор, собранный по предлагаемой схеме. В качестве ГУН был использован транзисторный генератор с центральной частотой 4 ГГц и диапазоном перестройки 320 МГц, собранный по классической схеме емкостной трехточки. Перестройка генератора во всем диапазоне обеспечивается при изменении управляющего напряжения в пределах от 3 до 12 В. В качестве РГПР был использован ЦАП с вы ходным напряжением в пределах от 3 до 12 В. В качестве РГПТ был использован ЦАП с вы ходным напряжением в пределах от 0 до 10 В и токозадающим резистором 100 кОм в цепи выхода. В качестве НЭ был использован СВЧ диод ЗА139А. В качестве ФВЗ запредельный волновод с частотой среза 41 ГГц. В результате был получен квазимонохроматический генератор с диапазоном 50-150 ГГц. При этом суммарный уровень мощности паразитных гармоник в спектре выходного сигнала составил не более 10%. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет получить высококачественный квазимонохроматический сигнал с сохранением сверхширокогомм диапазона рабочих частот.