Малошумний транзисторний генератор із виходом на третій гармоніці

Реферат: Малошумний транзисторний генератор з виходом на третій гармоніці містить діелектричну пластину, лицева та зворотна сторони якої містять друковані провідники; містить два ідентичні надвисокочастотні польові або біполярні транзистори, встановлені на лицевій стороні пластини і з'єднані зі згаданими друкованими провідниками на цій стороні пластини; пластина встановлена між широкими стінками прямокутного хвилеводу вздовж його осі посередині широких стінок. Крім того, діелектрична пластина складається з двох шарів, так що міжшарова поверхня містить друковані провідники; металізація на зворотній поверхні пластини виконана суцільною за винятком області, що прилягає до згадуваного торця діелектричної пластини; металізація міжшарової поверхні в цій області повторює за формою металізацію на зворотній поверхні пластини; друга двосмужкова лінія на протилежному кінці з'єднується з опозитно спрямованими відрізками розімкнених на кінцях провідників. UA 71356 U (54) МАЛОШУМНИЙ ТРАНЗИСТОРНИЙ ГЕНЕРАТОР ІЗ ВИХОДОМ НА ТРЕТІЙ ГАРМОНІЦІ UA 71356 U UA 71356 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до монтажних схем транзисторних генераторів сантиметрового і міліметрового діапазонів довжин хвиль. Найбільш близькою по суті до запропонованої корисної моделі є конструкція генератора [Коцержинський Б.О. та ін. Малошумний транзисторний генератор з виходом на третій гармоніці. НТУУ "КПІ". - ПАТЕНТ України № 48389, 10-03-2010. Бюл. №5], що містить металізовану з обох сторін діелектричну пластину, яка встановлена між широкими стінками прямокутного хвилеводу вздовж його осі посередині широких стінок, а площина пластини паралельна вузьким стінкам цього хвилеводу. Металізація пластини зі зворотного боку є суцільною за винятком двох областей, що прилягають до торців діелектричної пластини, друковані провідники на лицевій поверхні пластини виконані у вигляді двох, включених одна за одною двосмужкових ліній із віссю, паралельною осі хвилеводу. При цьому перша двосмужкова лінія закінчується двома опозитно спрямованими зондами, які утворюють переходи до звуженого на цьому кінці прямокутного хвилеводу. Друга двосмужкова лінія на протилежному кінці пластини за допомогою ємнісних зазорів зв'язана зі згорнутим у кільце відрізком друкованого провідника, який утворює півхвильовий резонатор на основі мікросмужкової лінії передачі з вилученим земляним шаром (так званої мікросмужкової лінії на зваженій підкладинці). Між згаданими секціями двосмужкових ліній включені два ідентичні польові (або біполярні) транзистори так, що перший транзистор заслоном під'єднаний до першого друкованого провідника другої зі згаданих двосмужкових ліній із кінця, протилежного до згаданого резонатора, а другий транзистор - до другого провідника другої двосмужкової лінії. Стоки (колектори) транзисторів під'єднуються до відповідно першого та другого із друкованих провідників першої двосмужкової лінії із кінця, протилежного згаданим зондам. Застосування двох транзисторів у конструкції даного генератора дозволяє зменшити рівень шуму у вихідному коливанні за рахунок когерентного складання генерованих коливань у навантаженні генератора на фоні некогерентного складання некорельованих шумів. Використання як корисного коливання на третій гармоніці дозволяє у свою чергу зменшити модуляційний переніс шуму у робочу смугу генерованих коливань за рахунок покращення форми вихідних коливань (їх симетрії). Нарешті, зменшення рівня шуму у вихідному коливанні на вихідній частоті f0 відбувається за рахунок використання як стабілізуючого елемента резонатора, який працює на втричі меншій частоті fP=f0/3, тобто у діапазоні частот, де його добротність, незважаючи на планарність конструкції, ще досить велика. Приведена конструкція має наступні недоліки: хоча як лінія передачі резонатора використовується мікросмужкова лінія на зваженій підкладинці, добротність якої більша за добротність звичайної мікросмужкової лінії, все ж таки вона недостатньо велика для істотного зменшення рівня фазового шуму генерованого коливання; крім того, величина цієї добротності швидко падає зі збільшенням частоти, що фактично накладає обмеження на частоту генерованих коливань - генератор цієї конструкції не може бути класифікованим як малошумний у короткохвильовій частині міліметрового діапазону довжин хвиль. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення транзисторного генератора міліметрового діапазону довжин хвиль, в якому за рахунок застосування резонатора зі збільшеною добротністю та запропонованої схеми його збудження знижується рівень шумів вихідного сигналу. Поставлена задача вирішується тим, що малошумний транзисторний генератор з виходом на третій гармоніці містить діелектричну пластину, лицева та зворотна сторони якої містять друковані провідники. Генератор містить два ідентичні надвисокочастотні польові або біполярні транзистори, встановлені на лицевій стороні пластини і з'єднані зі згаданими друкованими провідниками на цій стороні пластини. Пластина встановлена між широкими стінками прямокутного хвилеводу вздовж його осі посередині широких стінок так, що площина пластини паралельна вузьким стінкам згаданого хвилеводу. Друковані провідники на лицевій стороні пластини виконані у вигляді двох, першої та другої, двосмужкових ліній, розташованих одна за одною з віссю, паралельною до осі прямокутного хвилеводу. Перша, прилегла до торця пластини, двосмужкова лінія закінчується 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 поверхні пластини. В області хвилеводу, де розташовані зазначені зонди, широкі стінки хвилеводу звужені до розміру меншого однієї шостої довжини хвилі на частоті генерованого сигналу. Кожний із друкованих провідників першої двосмужкової лінії на кінці, протилежному згаданим зондам, підключений до стоків (колекторів) ідентичних 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. Заслони 1 UA 71356 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 (бази) транзисторів приєднуються відповідно до двох смужок другої двосмужкової лінії. Діелектрична пластина складається з двох шарів, так що міжшарова поверхня містить друковані провідники. Металізація на зворотній поверхні пластини виконана суцільною за винятком області, що прилягає до згадуваного торця діелектричної пластини. Металізація міжшарової поверхні в цій області повторює за формою металізацію на зворотній поверхні пластини. Друга двосмужкова лінія на протилежному кінці з'єднується з опозитно спрямованими відрізками розімкнених на кінцях провідників. На відстані приблизно рівній чверті довжини хвилі у двосмужковій лінії від розімкнених кінців згаданих провідників у друкованому провіднику, розташованому на міжшаровій поверхні діелектричної пластини, металізація видалена так, що у цьому провіднику утворюються дві щілини, зазор яких перпендикулярний до розімкнених провідників. Частина діелектричної пластини, що містить розімкнені на кінцях опозитно спрямовані провідники на лицевій поверхні пластини і щілини у друкованому провіднику на міжшаровій поверхні пластини, містить ряд металізованих отворів, які гальванічно з'єднують друковані провідники на зворотній і міжшаровій поверхнях діелектричної пластини. Ці металізовані отвори розташовані так, що обмежують прямокутну область пластини із розмірами сторін, що приблизно дорівнюють половині довжини хвилі у просторі, зайнятому діелектриком використаної пластини. Обмежена металізованими отворами прямокутна область діелектричної пластини являє собою прямокутний хвилевід зі стінками у вигляді провідних штирів (так званий поверхневоінтегрований хвилевід), добротність якого значно перевищує добротність мікросмужкових резонаторів, причому виграш у добротності зростає зі збільшенням робочої частоти. Це забезпечує зниження рівня фазового шуму генератора. Збудження цього резонатора двома елементами зв'язку у вигляді щілин у друкованому провіднику на міжшаровій поверхні діелектрика і двох опозитно спрямованих, розімкнених на кінцях провідників на лицевій поверхні пластини забезпечує ефективну генерацію надвисокочастотного коливання на частоті f0, що втричі більша за власну резонансну частоту резонатора. Таким чином, для отримання частоти f0 дана конструкція використовує резонатор із низькою робочою частотою f0/3, на якій добротність його зростає. Це призводить до додаткового зменшення рівня фазового шуму корисного генерованого сигналу. На фіг. 1 зображено хвилеводну камеру з розташованою в ній двошаровою діелектричною пластиною із металізацією на лицевій, зворотній і міжшаровій поверхнях пластини. На фіг. 2 збільшено показано вузол, що містить елементи зв'язку з резонатором. Нумерація позицій відповідає наведеній на фіг. 1. Запропонований малошумний транзисторний генератор складається (фіг. 1) з двошарової діелектричної пластини 1, що поміщена у провідний екран 2. На лицевій, зворотній і міжшаровій поверхнях пластини містяться друковані провідники. Генератор має два плеча 3, 4, що симетрично розташовані відносно осі 5. Кожне із плечей містить по одній смужці першої 6 і другої 7 двосмужкових ліній і по одному транзистору - 8 та 9. Смужки першої двосмужкової лінії з кінця, протилежного до підключених транзисторів, закінчуються опозитно спрямованими провідниками 12, загорнутими до протилежних широких стінок вихідного хвилеводу 13, розмір якого обирається таким, щоб в ньому могли розповсюджуватися лише хвилі на частоті f0 вихідного коливання генератора. Металізація 10 на зворотній і міжшаровій (11) поверхнях пластини в області проекції опозитно спрямованих провідників 12 видалена, так що провідники 12 - хвилеводні зонди, що збуджують хвилевід 13, прилеглий до виводу корисного сигналу генератора. Смужки другої двопровідної лінії з кінця, протилежного підключеним транзисторам містять опозитно спрямовані провідники 14, які в проекції перетинаються з щілинами 15 у друкованому провіднику 11 на міжшаровій поверхні пластини. Прямокутна область 17 пластини, що містить провідники 14 і щілини 15, обмежується рядом металізованих отворів 16 так, щоб її розмір приблизно дорівнював половині довжини хвилі у матеріалі діелектрика пластини. Ця область утворює резонатор генератора. Крім того, генератор містить мікросмужкові шлейфи 18, що призначені для забезпечення виконання умов генерації (створення позитивного зворотного зв'язку). Ланцюги живлення транзисторів можуть бути виконані у будь-який відомий спосіб і спеціально на кресленні не відображені. Запропонований генератор працює наступним чином. Кожне із згаданих плечей 3, 4 представляє собою генератор, що містить активний елемент (транзистор), охоплений ланцюгом позитивного зворотного зв'язку, сформованим відрізком мікросмужкової лінії 18 і резонатором, що є спільним для верхнього (по кресленню) і нижнього плечей генератора. Спільний резонатор і ідентичність плечей гарантують взаємну синхронізацію генераторів, так що обидва генератори генерують коливання на частоті, близькій до резонансної частоти генератора, рівній f0/3. Виконання елементів зв'язку з резонатором у вигляді опозитно спрямованих розімкнених 2 UA 71356 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 відрізків 14 із перетинаючими їх у проекції щілинами 15 у друкованому провіднику на міжшаровій поверхні 11 пластини забезпечує наведення струмів у смужках верхнього та нижнього плечей генератора магнітним полем на резонансній частоті резонатора 19 так, що вони мають протилежні напрямки 20, 21, чим забезпечується фазовий зсув коливань у верхньому та нижньому плечах генератора, рівний 180° (фіг. 2). При цьому утворені опозитно направленими провідниками зонди 12 у прямокутному хвилеводі збуджують хвилю основного типу в ньому, а в зв'язку із тим, що розміри хвилеводу 13 вибрані позамежовими для всіх частот нижче частоти третьої гармоніки, вихідне коливання генератора матиме частоту, що втричі перевищує частоту власних коливань резонатора. Таким чином, запропонована конструкція забезпечує використання набагато більш високодобротного об'ємного резонатора, а запропонована схема його збудження забезпечує отримання високочастотного коливання при застосуванні резонатора, що працює на низькій частоті власних коливань. Ці фактори забезпечують, в свою чергу, істотне збільшення навантаженої добротності резонансної системи і, як наслідок, зменшення рівня фазового шуму у вихідному сигналі генератора. Підкреслимо, що, незважаючи на об'ємний характер коливань у застосованому резонаторі, в цілому конструкція залишається інтегральною, тобто такою, що може бути повністю виготовленою методами суто інтегральної технології, що гарантує точність виготовлення, повторюваність характеристик і низькі затрати у виробництві. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Малошумний транзисторний генератор з виходом на третій гармоніці, що містить діелектричну пластину, лицева та зворотна сторони якої містять друковані провідники; містить два ідентичні надвисокочастотні польові або біполярні транзистори, встановлені на лицевій стороні пластини і з'єднані зі згаданими друкованими провідниками на цій стороні пластини; пластина встановлена між широкими стінками прямокутного хвилеводу вздовж його осі посередині широких стінок так, що площина пластини паралельна вузьким стінкам згаданого хвилеводу; друковані провідники на лицевій стороні пластини виконані у вигляді двох, першої та другої, двосмужкових ліній, розташованих одна за одною з віссю, паралельною до осі прямокутного хвилеводу; перша, прилегла до торця пластини, двосмужкова лінія закінчується 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 поверхні пластини; в області хвилеводу, де розташовані зазначені зонди, широкі стінки хвилеводу звужені до розміру меншого однієї шостої довжини хвилі на частоті генерованого сигналу; кожний із друкованих провідників першої двосмужкової лінії на кінці, протилежному згаданим зондам, підключений до стоків (колекторів) ідентичних 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; заслони (бази) транзисторів приєднуються відповідно до двох смужок другої двосмужкової лінії, який відрізняється тим, що діелектрична пластина складається з двох шарів, так що міжшарова поверхня містить друковані провідники; металізація на зворотній поверхні пластини виконана суцільною за винятком області, що прилягає до згадуваного торця діелектричної пластини; металізація міжшарової поверхні в цій області повторює за формою металізацію на зворотній поверхні пластини; друга двосмужкова лінія на протилежному кінці з'єднується з опозитно спрямованими відрізками розімкнених на кінцях провідників; на відстані приблизно рівній чверті довжини хвилі у двосмужковій лінії від розімкнених кінців згаданих провідників у друкованому провіднику, розташованому на міжшаровій поверхні діелектричної пластини, металізація видалена так, що у цьому провіднику утворюються дві щілини, зазор яких перпендикулярний до розімкнених провідників; частина діелектричної пластини, що містить розімкнені на кінцях опозитно спрямовані провідники на лицевій поверхні пластини і щілини у друкованому провіднику на міжшаровій поверхні пластини, містить ряд металізованих отворів, які гальванічно з'єднують друковані провідники на зворотній і міжшаровій поверхнях діелектричної пластини; ці металізовані отвори розташовані так, що обмежують прямокутну область пластини із розмірами сторін, що приблизно дорівнюють половині довжини хвилі у просторі, зайнятому діелектриком використаної пластини. 3 UA 71356 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4