Малошумний транзисторний генератор з виходом на третій гармоніці

Малошумний транзисторний генератор з виходом на третій гармоніці міліметрового діапазону довжин хвиль, що містить діелектричну пластину, лицьова й зворотна сторони якої містять друковані провідники; містить декілька ідентичних надвисокочастотних польових або біполярних транзисторів, встановлених на лицьовій стороні пластини і з'єднаних зі згаданими друкованими провідниками на цій стороні пластини, який відрізняється тим, що діелектрична пластина розташована в прямокутному хвилеводі між його широкими стінками вздовж повздовжньої осі посередині широких стінок, площина пластини паралельна вузьким стінкам згаданого хвилеводу; металізація на зворотній стороні пластини виконана суцільною за винятком двох ділянок, що прилягають до торців діелектричної пластини; друковані провідники на лицьовій стороні пластини виконані у вигляді двох - першої та другої, двосмужкових ліній, розташованих одна U 2 (19) 1 3 рів. Ретельним настроюванням окремих частин генератора досягається генерація коливань окремих генераторів в мікросмужкових гілках схеми з різницею фаз 120°. При виконанні цієї умови в точці під'єднання коаксіального кабелю сумарна напруга перших гармонік вихідних сигналів генераторів виявляється рівною нулю, а струми третіх гармонік окремих генераторів, що утворюють корисний вихідний сигнал, додаються. Небажані з точки зору фазового шуму парні гармоніки шунтуються додатковими чвертьхвильовими на основній частоті генерації відрізками мікросмужкових ліній, під'єднаних до стоків транзисторів та короткозамкнених на кінцях за допомогою конденсаторів значної величини. Приведена конструкція генератора має наступні недоліки: роль резонаторів виконують короткі відрізки мікросмужкової лінії, яким властиві малі значення добротності, що перешкоджає досягненню малого рівня фазового шуму вихідного сигналу генератора; придушення небажаних гармонік є незначним, оскільки залежить від ідентичності всіх трьох плечей генератора, досягнення якої на практиці неможливе. В основу корисної моделі поставлене завдання удосконалення транзисторного генератора міліметрового діапазону довжин хвиль, в якому за рахунок застосування резонатора зі збільшеною добротністю знижується рівень шумів вихідного сигналу, та за рахунок запропонованого вихідного ланцюга у вигляді опозитно спрямованих зондів, розташованих у прямокутному хвилеводі, забезпечується зменшення рівня небажаних гармонічних складових у вихідному коливанні. Поставлене завдання досягається тим, що малошумний транзисторний генератор з виходом на третій гармоніці міліметрового діапазону довжин хвиль складається з діелектричної пластини, лицьова й зворотна сторони якої містять друковані провідники. Декілька ідентичних надвисокочастотних польових або біполярних транзисторів встановлені на лицьовій стороні пластини і з'єднані зі згаданими друкованими провідниками на цій стороні пластини. Діелектрична пластина розташована в прямокутному хвилеводі між його широкими стінками вздовж повздовжньої осі посередині широких стінок, площина пластини паралельна вузьким стінкам згаданого хвилеводу. Металізація на зворотній стороні пластини виконана суцільною за винятком двох ділянок, що прилягають до торців діелектричної пластини. Друковані провідники на лицьовій стороні пластини виконані у вигляді двох, першої та другої, двосмужкових ліній, розташованих одна за одною симетрично відносно повздовжньої вісі прямокутного хвилевода. Перша, прилегла до вихідного торця пластини, двосмужкова лінія починається двома опозитно один до одного спрямованими і не маючими гальванічного контакту із широкими стінками прямокутного хвилеводу зондами, які перебувають поза проекцією металізації, розташованої на зворотній стороні пластини. В ділянці хвилеводу, де розташовані зазначені зонди, широкі стінки хвилеводу завужені до розміру меншого однієї шостої довжини хвилі на частоті генерованого сигналу. Перша двосмужкова лінія зі свого кінця приєднана до стоків (колекторів) 48389 4 польових (біполярних) надвисокочастотних транзисторів так, що стік (колектор) одного транзистора приєднується до однієї смужки двосмужкової лінії, а стік (колектор) другого транзистора приєднується до другої смужки двосмужкової лінії. Затвори (бази) транзисторів приєднуються, відповідно, до двох смужок другої двосмужкової лінії. Протилежний відносно транзисторів кінець другої двосмужкової лінії за допомогою ємнісних зазорів зв'язаний зі згорнутим у кільце відрізком друкованого провідника, Металізація на зворотній стороні пластини в ділянці проекції зазначеного відрізка провідника вилучена, а сам провідник має довжину, кратну половині довжини хвилі на частоті генерованого сигналу. На Фіг.1 зображено хвилевідну камеру з розташованою в ній діелектричною пластиною з шарами металізації, нанесеними на лицьовій та оборотній сторонах, де 1 - діелектрична пластина; 2 - провідний екран; 3, 4 - симетричні плечі генератора; 5 вісь симетрії генератора; 6 - вхідні мікросмужкові лінії плечей генератора; 7 - вихідні мікросмужкові лінії плечей генератора; 8, 9 - транзистори; 10 мікросмужкові лінії зв'язку з резонатором; 11 - мікросмужковий резонатор з щілиною; 12 - хвилевід; 13 - опозитно спрямовані зонди; 14 - короткозамкнені відрізки мікросмужкових ліній; 15, 16 - мікросмужкові шлейфи; 17, 18 - роздільні конденсатори. На Фіг.2 збільшено показано вузол, що містить завороти 13 вихідних мікросмужкових ліній генератора; нумерація позицій відповідає наведеній для Фіг.1. Запропонований малошумний транзисторний генератор складається (Фіг.1) з діелектричної пластини 1 з двосторонньою металізацією, що поміщена в провідний екран 2. Вказана металізація на лицьовій та тильній сторонах пластини утворюють мікросмужкові лінії передачі. Генератор має два плеча 3, 4, симетрично розташовані відносно горизонтальної осі 5. Кожне із плечей містить по два (вхідні 6 та вихідні 7) відрізка мікросмужкових ліній, між якими ідентично в двох плечах ввімкнені транзистори 8, 9. Відрізки вхідних мікросмужкових ліній 6 на кінцях, протилежних транзисторам, електромагнітне зв'язані (в показаному випадку - за допомогою загорнутих відрізків 10) з кільцевим, в показаному випадку - мікросмужковим, резонатором з щілиною 11, причому елементи зв'язку розташовуються симетрично відносно осі симетрії резонатору, що співпадає з віссю 5. Екран в ділянці, що прилягає до відрізків вихідних мікросмужкових ліній 7, утворює прямокутний хвилевід 12 з розташованою посередині його широкої стінки діелектричною пластиною 1 та вузькими стінками, паралельними базовій площині пластини 1. Розмір широкої стінки прямокутного хвилеводу вибирається таким, щоб в ньому могли розповсюджуватися лише хвилі на частотах приблизно не менше частоти f0 вихідного коливання генератора. Відрізки вихідних мікросмужкових ліній на кінцях 13, протилежних транзисторам, загорнуті до протилежних широких стінок хвилеводу 12, металізація на тильній стороні діелектричної пластини 1 в ділянках, прилеглих до цих заворотів, видалена, так що обидва завороти утворюють зонд, що збуджує 5 48389 хвилевід 12, який і являється лінією для виводу корисної потужності генератора. До ділянок відрізків вихідних мікросмужкових ліній, безпосередньо примикаючих до транзисторів, підключені відрізки короткозамкнених на кінцях мікросмужкових ліній 14 довжиною, приблизно рівною чверті довжини хвилі на подвоєній частоті основної частоти генерації. Окрім наведеного вище, конструкція містить шлейфи 15, 16, що слугують в якості елементів позитивного зворотного зв'язку для виконання умов самозбудження (показані для прикладу - їх конкретна конструкція визначається параметрами застосовуваних транзисторів), роздільні конденсатори 17, 18 для забезпечення розв'язки ланцюгів живлення транзисторів. Самі ланцюги живлення транзисторів можуть бути виконані в будь-який із добре відомих спосіб та на рисунку не показані. Запропонований генератор працює наступним чином. Кожне зі згаданих плечей 3, 4 представляє собою генератор, що містить активний елемент (транзистор), охоплений ланцюгом позитивного зворотного зв'язку, сформованого відрізком мікросмужкової лінії 15 (16) та резонатором, що є спільним для верхнього та нижнього плечей генератора. Спільний для плечей резонатор та ідентичність плечей гарантують взаємну синхронізацію генераторів, так що обидва плеча генерують коливання на частоті, близькій до резонансної частоти резонатора 11, рівній f0/3. Виконання резонатора з щі Комп’ютерна верстка Л. Купенко 6 линою та спосіб підключення його до плечей за допомогою елементів зв'язку 10 гарантують також фазовий зсув 180° між коливаннями в плечах 3, 4 генератора. При цьому у відрізках вихідних мікросмужкових ліній 7 коливання першої та всіх непарних гармонік є протифазними. В цьому випадку утворений заворотами 13 кінців вихідних мікросмужкових ліній зонд збуджує хвилю основного типу у хвилеводі 12, а в зв'язку з тим, що розміри хвилеводу вибрані позамежовими для всіх частот нижче частоти третьої гармоніки, вказана хвиля, потужність якої і являється корисною в запропонованому генераторі, буде мати частоту третьої гармоніки генерованої в плечах напруги, тобто частоту f0, що в три рази перевищує резонансну частоту застосованого резонатора. Короткозамкнені відрізки мікросмужкової лінії 14, що по довжині дорівнюють чверті довжини хвилі на подвоєній частоті генерації 2f0/3, не впливають на хвилі з частотами першої та третьої гармонік, але одночасно закорочують напругу другої гармоніки на електродах транзисторів, покращуючи симетрію форми генерованої напруги та, як наслідок, зменшуючи модуляційний переніс спектру флікер-шуму до спектральної характеристики генератора, а отже, зменшуючи рівень фазового шуму вихідного коливання. Додаткового покращення цієї характеристики генератора можна досягнути, виконуючи резонатор не на мікросмужковій, а на екранованій смужковій лінії. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601