Генератор нвч

1. Генератор НВЧ, що містить два дзеркала, на одному з яких розташований елемент зв'язку для виводу НВЧ потужності, а в центрі другого розміщено коаксіальний хвилевід, між центральним провідником якого і поршнем установлений напівпровідниковий діод, який відрізняється тим, що коаксіальний хвилевід виконаний надрозмірним. 2. Генератор НВЧ за п. 1, який відрізняється тим, що внутрішній і зовнішній діаметри коаксіального хвилеводу відповідно дорівнюють d 0,926 0,656 w 0 , D 3,6 5,8 d , де w 0 - ра Винахід відноситься до електроніки НВЧ, а саме, до твердотільних генераторів міліметрового і субміліметрового діапазонів довжин хвиль і може бути використаний в радіотехнічних системах, у яких необхідні високостабільні малогабаритні джерела коливань малої і середньої потужності. До цього часу відомий і досліджений цілий ряд конструкцій твердотільних генераторів на основі відкритих резонаторів і показана перспективність пристроїв такого типу в міліметровому і субміліметровому діапазонах [Фисун А.И., Белоус О.И. Квазиоптические твердотельные источники излучения: принцип построения, тенденции развития и перспективы приложения // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. 1999. № 4, с. 41 – 64]. Генератори з квазіоптичними резонансними системами містять: активні елементи (діоди Ганна, ЛПД і ін.); пристрої узгодження активних елементів з коливальною системою і саму резонансну систему - відкритий резонатор. З технологічних міркувань у генераторах такого типу найчастіше в якості відкритої діус плями поля коливання TEM 00q ( q - число (19) UA (11) напівхвиль вздовж осі резонатора), а довжина центрального провідника такого хвилеводу дорівнює 2n 1 / 4 , де - робоча довжина хвилі n 0,1 ... . , 3. Генератор НВЧ за п. 2, який відрізняється тим, що між центральним провідником коаксіального хвилеводу і поршнем додатково встановлено як мінімум один напівпровідниковий діод. (13) (21) 20040403118 (22) 27.04.2004 (24) 15.08.2006 (46) 15.08.2006, Бюл. № 8, 2006 р. (72) Архипов Олександр Васильович, Білоус Олег Ігорович, Кульмичов Ігор Констянтинович (73) Інститут радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України (56) Фисун А.И., Белоус О.И. Квазиоптические твердотельные источники излучения: принцип построения, тенденции развития и перспективы приложения // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. 1999, №4. С.41-64 Коцержинский Б.А., Тараненко В.П. Твердотельные генераторы с квазиоптическими резонансными системами // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1987. - Т.30, №10. - С.14 Коцержинский Б.А., Паршин Н.А. Экспериментальное исследование ГЛПД с возбуждением открытого резонатора вибратором. // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1985. - Т.28, №10. - С.83-85 SU 1483583 A1, 30.05.1989 SU 1072243 A, 07.02.1984 SU 1370712 A1, 30.01.1988 SU 1403962 A1, 25.07.1986 RU 2124250 C1, 27.12.1998 RU 2040064 C1, 20.07.1995 RU 2118041 C1, 20.08.1998 RU 2044361 C1, 20.09.1995 RU 2067336 C1, 27.09.1996 C2 2 76521 1 3 76521 4 електродинамічної системи використовується нагеометричні розміри без істотного виграшу в півсферичний відкритий резонатор [Коцержинский стабільності частоти і величині вихідної Б.А., Мачусский Е.А., Перший H.A., Тараненко В.П. потужності, у порівнянні з генератором, у Твердотельные генераторы с квазиоптическими резонансній системі якого будуть збуджуватися резонансными системами // Изв. вузов. Радиоколивання з малими поперечними індексами электроника. 1987. Т. 30, № 10,с. 14]. (m=0,l). І, нарешті, ефективність збудження ТЕМm0q Підвищення потужності і якості спектральних у резонансній системі генератора за допомогою характеристик вихідного сигналу - це далеко не відкритих кінців плоскопаралельних хвилеводів повний перелік задач, який необхідно вирішувати буде невисока. Таке збудження аналогічне збудпри розробці твердотільних джерел коливань. У женню коливань у відкритому резонаторі за допотой же час правильний вибір відкритої могою щілинного елемента зв'язку. При цьому крім електродинамічної системи, що має розріджений втрат потужності на випромінювання у вільний спектр коливань і містить пристрій узгодження акпростір неузгоджене збудження відкритого резонативного елемента з резонатором і при цьому має тора приведе до збудження інших вищих типів високу власну добротність (104 - 105), є запорукою коливань, що істотно обмежить діапазон перебууспішного вирішення всіх перерахованих вище дови такого генератора через взаємодію коливань. задач. Тому в даний час найбільше поширення Найбільш близьким по технічному рішенню одержали конструкції генераторів, у яких активний аналогом (прототипом) є генератор елемент винесений з об'єму резонатора, що саме і електромагнітних коливань, утворений двома меє одним зі шляхів підвищення добротності талевими дзеркалами, на одному з яких розташоколивальної системи. ваний елемент зв'язку для виводу НВЧ потужності, Відомий генератор електромагнітних коливань а в центрі іншого дзеркала виконаний коаксіальний [Авторское свидетельство СССР № 1568206, хвилевід, між центральним провідником якого і МКИ5 H 03 В 7/14, 1990], що містить відкритий репоршнем установлений напівпровідниковий діод зонатор, утворений сферичним дзеркалом із хви[Коцержинский Б.А., Перший H.A. Эксперименлеводом для виводу енергії і плоским дзеркалом, тальное исследование ГЛПД с возбуждением отна поверхні якого виконані прямокутні канавки, крытого резонатора вибратором // Изв. вузов. Рапаралельні одна одній. У кожну канавку введений диоэлектроника. 1985. Т. 28, № 10, с. 83 – 85]. Для брусок прямокутного перетину, що встановлений із узгодження активного елемента з відкритим резозазором щодо її стінок, а його верхня грань розтанатором використовується петля зв'язку, що являє шована в площині дзеркала. При цьому нижня собою резонансний лінійний випромінювач, розгрань бруска і дно канавки утворюють ряд плоскоташований над провідною поверхнею плоского паралельних хвилеводів, у кожному з яких встадзеркала резонатора в його центрі. Випромінювач новлений напівпровідниковий діод. За рахунок є продовженням центрального провідника зміни ширини плоскопаралельних хвилеводів коаксіального хвилеводу і його довжина кратна забезпечується узгодження з напівпровідниковими / 2 . Поверхня дзеркала і петля зв'язку викоридіодами. Додаткове узгодження можна одержати стовуються для підведення струму, що дозволяє шляхом плавного переміщення позбутися від складних і трудомістких робіт з вигонапівпровідникових діодів усередині плоскопаратовлення фільтрів у ланцюзі живлення. Але це лельних хвилеводів за рахунок зсуву основи. За вимагає застосування металоплівкового дзеркала, допомогою такого генератора передбачається робоча поверхня якого відділена від основи за розширити робочий діапазон частот, підвищити допомогою слюдяної пластини. У той же час резорівень вихідної потужності і збільшити селекцію нансний лінійний випромінювач ефективний на електромагнітних коливань. Поряд з відзначеними вищих гармоніках, що особливо цінно при розробці позитивними якостями дане технічне рішення не генераторів гармонік і помножувачів частоти на позбавлене істотних недоліків. Таке складне пловідкритому резонаторі. Поряд з відзначеними ске дзеркало резонатора знижує його добротність, достоїнствами, дана конструкція генератора не оскільки кожна канавка з бруском є джерелом допозбавлена недоліків. Діаграма спрямованості даткових омічних і дифракційних втрат у такої петлі зв'язку ширше кутового розміру протиколивальній системі. Це, у свою чергу, приведе до лежного дзеркала відкритого резонатора в силу погіршення основних вихідних характеристик гемалості її геометричних розмірів (порядку / 2 ) і нератора (рівень вихідної потужності, стабільність тому частина потужності, що генерується частоти). З іншого боку, в електродинамічній напівпровідниковим діодом, випромінюється в системі такого генератора будуть збуджуватися зовнішній простір. А та частина потужності, що тільки коливання з великими поперечними перехоплюється другим дзеркалом резонатора, індексами ТЕМm0q (m 5, q - число напівхвиль, що йде на збудження, як робочого коливання, так і вкладаються між дзеркалами відкритого резонатовищих типів коливань, деякі з яких можуть ра). Це зв'язано з особливостями розташування взаємодіяти з робочим. Крім цього в резонансній плоскопаралельних хвилеводів з системі такого генератора існують додаткові втранапівпровідниковими діодами на плоскому ти, обумовлені розсіюванням потужності на дзеркалі резонатора такого генератора. А оскільки лінійному випромінювачі. Усі ці фактори приводять коливання з великими поперечними індексами до зниження вихідної потужності і коефіцієнта займають більший об'єм, то для зменшення корисної дії генератора. При цьому наявність таких дифракційних втрат необхідно збільшувати апервтрат потужності викликає зниження добротності тури дзеркал відкритого резонатора в такому резонансної системи, що позначається на генераторі. Тому такий генератор буде мати великі стабільності коливань такого генератора. 5 76521 6 В основу винаходу поставлена задача: у могою дзеркала відкритого резонатора, на якому генераторі НВЧ шляхом більш ефективного збудрозташований елемент зв'язку. ження робочого коливання в резонансній системі Сутність винаходу пояснюють ілюстрації: на забезпечити збільшення вихідної потужності і фіг. 1 показаний генератор НВЧ; на фіг. 2 показані підвищення стабільності частоти генератора. теоретичні залежності максимальної ефективності Поставлена задача вирішується таким чином: збудження max коливання ТЕМ01q за допомогою у генераторі НВЧ, що містить два дзеркала, на хвилі ТЕМ коаксіального хвилеводу (крива 1) і паодному з яких розташований елемент зв'язку для раметра kopt =d/2w0 у залежності від величини виводу НВЧ потужності, у центрі другого дзеркала =D/d. виконаний коаксіальний хвилевід, між центральГенератор НВЧ, що заявляється, утворений ним провідником якого і поршнем установлений двома металевими дзеркалами 1 і 2, на одному з напівпровідниковий діод. При виборі діаметрів яких розташований елемент зв'язку 3, призначевнутрішнього і зовнішнього провідників ний для виводу НВЧ потужності. У центрі дзеркала коаксіального хвилеводу відповідно рівними d = 2 виконаний надрозмірний коаксіальний хвилевід (0,926 -0,656) wo, 4, між центральним провідником 5 якого і поршнем D=(3,6-5,8)d, ефективність збудження робочо7 встановлений напівпровідниковий діод 6. го коливання в резонансній системі генератора Діаметри внутрішнього і зовнішнього провідників НВЧ буде максимальною. Тут wo - радіус плями коаксіального хвилеводу вибираються з виразів d поля нижчого коливання відкритого резонатора = (0,926 - 0,656)w0, D = (3,6 - 5,8)d за п.1, коли в ТЕМ00q на тому дзеркалі резонатора, на якому вирезонансній системі генератора за допомогою конаний цей хвилевід. При цьому довжина ценхвилі ТЕМ збуджується коливання ТЕМ01q з трального провідника такого коаксіального хвилеефективністю не менше 70 %. воду, під яким установлюється напівпровідниковий Пропонований генератор працює таким чином: діод, вибирається рівною (2n+1) /4, де - робоча при подачі напруги живлення на довжина хвилі, n =0,1,.... Шляхом зміни величини напівпровідниковий діод 6 через центральний зазору, у якому встановлений напівпровідниковий провідник 5 надрозмірної коаксіальної лінії і пордіод, здійснюється узгодження з резонатором, що шень 7 у хвилеводі 4 збуджується хвиля ТЕМ, що, дозволяє підвищити вихідну потужність генератоу свою чергу, збуджує у відкритому резонаторі ра. З іншого боку, винос активного елемента з коливання ТЕМ01q з ефективністю не гірше 70 %. об'єму відкритого резонатора і вибір діаметрів За рахунок зміни величини зазору між центральвнутрішнього і зовнішнього провідників ним провідником коаксіального хвилеводу 5 і коаксіального хвилеводу з умови одержання поршнем 7 здійснюється узгодження низькоомного максимальної ефективності збудження коливання напівпровідникового діода 6 з високоомним ТЕМ01q. (Микаэлян А.Л., Тер-Микаелян М.Л., Турвідкритим резонатором, утвореним дзеркалами 1 і ков Ю.Г. Оптические генераторы на твердом теле. 2. Через елемент зв'язку 3 НВЧ потужність виво- M. : Сов. радио, 1967. - С. 125.) за допомогою диться з генератора. хвилеводної хвилі ТЕМ, дозволяють підвищити Був виготовлений експериментальний зразок власну добротність резонансної системи і, отже, пропонованого генератора НВЧ. Відкритий резостабільність коливань. У такому надрозмірному натор утворений плоским і сферичним дзеркалами коаксіальному хвилеводі буде існувати тільки хвидіаметром 80 мм, радіус кривизни сферичного ля ТЕМ, оскільки тільки ця хвиля буде збуджувати дзеркала дорівнює 120 мм. У центрі плоского у відкритому резонаторі коливання ТЕМ01q з висодзеркала виконані надрозмірний коаксіальний кою ефективністю, що, у свою чергу, з такою ж хвилевід, діаметри внутрішнього і зовнішнього ефективністю буде підтримувати в коаксіальному провідників якого відповідно дорівнюють 10 мм і 44 хвилеводі тільки хвилю ТЕМ. Крім цього, необхідно мм. Між внутрішнім провідником коаксіального підкреслити, що оскільки діаметр внутрішнього хвилеводу, довжина якого дорівнює 14 мм, і поршпровідника надрозмірного коаксіального хвилевонем встановлений напівпровідниковий діод (ЛПД). ду (як і зовнішнього) цілком визначається Wo, то Була отримана генерація на частоті f=36,58 ГГц. його діаметр може складати (2-3) , що При цьому рівень вихідної потужності складає 120 дозволяє розмістити замість одного діода в мВт. Робочий тип коливання резонансної системи центрі не менше двох - чотирьох активних генератора TЕМ0117. елементів по колу. Це, у свою чергу, приведе до збільшення вихідної потужності. Настроювання системи в режим генерації здійснюються за допо 7 Комп’ютерна верстка М. Клюкін 76521 8 Підписне Тираж 26 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