Малошумний транзисторний генератор з виходом на третій гармоніці

Реферат: Малошумний транзисторний генератор з виходом на третій гармоніці містить діелектричну пластину, лицьова та зворотна сторони якої містять друковані провідники; містить два ідентичних надвисокочастотних польових або біполярних транзистори. 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 лицьовій та зворотній сторонах пластини виконані у вигляді двох, першої та другої, ліній передачі, розташованих одна за одною з віссю, паралельною до осі прямокутного хвилеводу. Кожний з відрізків ліній передачі містить дві смужки, розташовані вздовж осі хвилеводу. Перша, прилегла до торця пластини, лінія передачі закінчується двома опозитно один до одного спрямованими і не маючими гальванічного контакту із широкими стінками прямокутного хвилеводу зондами. В області хвилеводу, де розташовані зазначені зонди, широкі стінки хвилеводу звужені до розміру меншого однієї шостої довжини хвилі на частоті генерованого сигналу. Кожна із друкованих смужок першої лінії передачі на кінці, протилежному згаданим зондам, підключена до стоків ідентичних польових надвисокочастотних транзисторів так, що стік одного транзистора приєднується до однієї смужки лінії передачі, а стік другого транзистора приєднується до другої смужки лінії передачі. Заслони транзисторів приєднуються, відповідно, до двох смужок другої лінії передачі. Друковані смужки першого та другого відрізків ліній передачі розташовані так, що одна з них знаходиться на лицьовій стороні пластини по один бік від осі хвилеводу, інша - на зворотній стороні пластини по інший бік від згаданої осі; області пластини на сторонах, протилежних згаданим смужкам, розділені віссю хвилеводу містять суцільні друковані провідники, які гальванічно з'єднані між собою рядом металізованих отворів, розташованих вздовж осі хвилеводу. Польові транзистори встановлені на лицьовій та зворотній сторонах пластини і з'єднані з друкованими провідниками пластини на відповідних її сторонах; опозитно один до одного спрямовані зонди перебувають поза проекцією суцільних друкованих провідників першої лінії передачі та розташовані на протилежних сторонах пластини. Друга лінія передачі на кінці, протилежному до під'єднаних заслонів транзисторів, з'єднується з областю пластини, яка містить суцільні шари металізації на обох сторонах так, що суцільні друковані провідники та друковані смужки лінії передачі з'єднуються з ними на відповідних сторонах. Згадана область діелектричної пластини містить металізовані отвори, які гальванічно з'єднують суцільні шари металізації на лицьовій та зворотній поверхнях діелектричної пластини. Ці отвори розташовані так, що обмежують прямокутну область пластини із розмірами UA 73370 U (54) МАЛОШУМНИЙ ТРАНЗИСТОРНИЙ ГЕНЕРАТОР З ВИХОДОМ НА ТРЕТІЙ ГАРМОНІЦІ UA 73370 U сторін, що приблизно дорівнюють половині довжини хвилі у просторі, зайнятому діелектриком використаної пластини. В точках під'єднання смужок другої лінії передачі до суцільних шарів металізації металізовані отвори відсутні та згадані шари містять дві області з видаленою металізацією, що за шириною приблизно дорівнюють ширині смужок, розташовані вздовж смужок з обох їх боків так що прилягають до продовження смужок вглиб шарів металізації паралельно осі хвилеводу. UA 73370 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 лицьовій 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 завуженого 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 корисне коливання на третій гармоніці дозволяє у свою чергу зменшити модуляційний перенос 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 стабілізуючий елемент резонатор, 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, що містить діелектричну пластину, лицьова та зворотна сторони якої містять друковані провідники. Генератор містить два ідентичних надвисокочастотних польових або біполярних транзистори. 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 лицьовій та зворотній сторонах пластини виконані у вигляді двох, першої та другої, ліній передачі, розташованих одна за одною з віссю, паралельною до осі прямокутного хвилеводу. Кожний з відрізків ліній передачі містить дві смужки, розташовані вздовж осі хвилеводу. Перша, прилегла до торця пластини, лінія передачі закінчується двома опозитно один до одного спрямованими і не маючими гальванічного контакту із широкими стінками прямокутного хвилеводу зондами. В області хвилеводу, де розташовані зазначені зонди, широкі стінки хвилеводу звужені до розміру, меншого однієї шостої довжини хвилі на частоті генерованого сигналу. Кожна із друкованих смужок першої лінії передачі на кінці, протилежному згаданим зондам, підключена до стоків (колекторів) ідентичних польових (біполярних) надвисокочастотних транзисторів так, що стік (колектор) одного транзистора приєднується до однієї смужки лінії передачі, а стік (колектор) другого транзистора приєднується до другої смужки лінії передачі. Заслони (бази) транзисторів приєднуються, відповідно, до двох смужок другої лінії передачі. Друковані смужки першого та другого відрізків ліній передачі розташовані так, що одна з них знаходиться на лицьовій стороні 1 UA 73370 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 пластини по один бік від осі хвилеводу, інша - на зворотній стороні пластини по інший бік від згаданої осі. Області пластини на сторонах, протилежних згаданим смужкам, розділені віссю хвилеводу, містять суцільні друковані провідники, які гальванічно з'єднані між собою рядом металізованих отворів, розташованих вздовж осі хвилеводу. Польові або біполярні транзистори встановлені на лицьовій та зворотній сторонах пластини і з'єднані з друкованими провідниками пластини на відповідних її сторонах. Опозитно один до одного спрямовані зонди перебувають поза проекцією суцільних друкованих провідників першої лінії передачі та розташовані на протилежних сторонах пластини. Друга лінія передачі на кінці, протилежному до під'єднаних заслонів транзисторів, з'єднується з областю пластини, яка містить суцільні шари металізації на обох сторонах так, що суцільні друковані провідники та друковані смужки лінії передачі з'єднуються з ними на відповідних сторонах. Згадана область діелектричної пластини містить ряд металізованих отворів, які гальванічно з'єднують суцільні шари металізації на лицьовій та зворотній 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. В точках під'єднання смужок другої лінії передачі до суцільних шарів металізації металізовані отвори відсутні та згадані шари містять дві області з видаленою металізацією, що за шириною приблизно дорівнюють ширині смужок, розташовані вздовж смужок з обох їх боків так, що прилягають до продовження смужок вглиб шарів металізації паралельно осі хвилеводу. 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 закінчень мікросмужкових ліній, що розміщені на протилежних сторонах пластини та ввімкнені в точках, де провідні штирі, що обмежують область резонатора, видалені, 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 приводить до додаткового зменшення рівня фазового шуму корисного генерованого сигналу. На фіг. 1 зображено хвилеводну камеру з розташованою в ній діелектричною пластиною із металізацією на лицевій та зворотній 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 діелектричної пластини 1, що поміщена у провідний екран 2. На лицьовій та зворотній поверхнях пластини містяться друковані провідники. Генератор має два плеча 3, 4, що симетрично розташовані відносно осі 5 на протилежних сторонах пластини. Кожне із плечей містить по одній смужці першої 6 і другої 7 двосторонніх балансних двосмужкових ліній і по одному транзистору - 8 та 9. Смужки першої двосторонньої балансної двосмужкової лінії з кінця, протилежного до підключених транзисторів, закінчуються опозитно спрямованими провідниками 12, загорнутими до протилежних широких стінок вихідного хвилеводу 13, розмір якого вибирається таким, щоб в ньому могли розповсюджуватися лише хвилі на частоті f0 вихідного коливання генератора. Суцільні друковані провідники 10 на лицьовій та зворотній (11) поверхнях пластини виступають земляними провідниками двосторонніх балансних двосмужкових ліній і гальванічно з'єднані між собою рядом металізованих отворів 14, розміщених вздовж осі 5. В області проекції опозитно спрямованих провідників 12 суцільні друковані провідники видалені, так що провідники 12 хвилеводні зонди, що збуджують хвилевід 13, прилеглий до виводу корисного сигналу генератора. Смужки та суцільні друковані провідники другої двосторонньої балансної двосмужкової лінії з кінця, протилежного підключеним транзисторам з'єднуються з шарами суцільної металізації прямокутної області 17. Прямокутна область 17 пластини, обмежується рядом металізованих отворів 16 так, щоб її розмір приблизно дорівнював половині довжини хвилі у матеріалі діелектрика пластини. Ця область утворює резонатор генератора. В точках під'єднання смужок другої двосторонньої балансної двосмужкової лінії до резонатора металізовані отвори 16 видалені та шари суцільної металізації містять пази 15, що за шириною приблизно дорівнюють ширині смужок лінії передачі, прилягають до їх продовження вглиб шарів суцільної металізації та розташовані вздовж них. 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. 2 UA 73370 U 5 10 15 20 25 Запропонований генератор працює наступним чином. Кожне зі згаданих плечей 3, 4 являє 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 fo/3. Розташування плечей генератора на протилежних сторонах пластини та застосування двосторонньої балансної двосмужкової лінії для зв'язку з резонатором забезпечує наведення потенціалів у смужках верхнього та нижнього плечей генератора електричним полем на резонансній частоті резонатора 19 так, що вони збуджують непарну моду коливань 20 у двосторонній балансній двосмужковій лінії, при якій струми мають протилежні напрямки 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 30 35 40 45 50 55 60 Малошумний транзисторний генератор з виходом на третій гармоніці, що містить діелектричну пластину, лицьова та зворотна сторони якої містять друковані провідники; містить два ідентичних надвисокочастотних польових або біполярних транзистори; 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 лицьовій та зворотній сторонах пластини виконані у вигляді двох, першої та другої, ліній передачі, розташованих одна за одною з віссю, паралельною до осі прямокутного хвилеводу; кожний з відрізків ліній передачі містить дві смужки, розташовані вздовж осі хвилеводу; перша, прилегла до торця пластини, лінія передачі закінчується двома опозитно один до одного спрямованими і не маючими гальванічного контакту із широкими стінками прямокутного хвилеводу зондами; в області хвилеводу, де розташовані зазначені зонди, широкі стінки хвилеводу звужені до розміру меншого однієї шостої довжини хвилі на частоті генерованого сигналу; кожна із друкованих смужок першої лінії передачі на кінці, протилежному згаданим зондам, підключена до стоків (колекторів) ідентичних польових (біполярних) надвисокочастотних транзисторів так, що стік (колектор) одного транзистора приєднується до однієї смужки лінії передачі, а стік (колектор) другого транзистора приєднується до другої смужки лінії передачі; заслони (бази) транзисторів приєднуються, відповідно, до двох смужок другої лінії передачі, який відрізняється тим, що друковані смужки першого та другого відрізків ліній передачі розташовані так, що одна з них знаходиться на лицьовій стороні пластини по один бік від осі хвилеводу, інша - на зворотній стороні пластини по інший бік від згаданої осі; області пластини на сторонах, протилежних згаданим смужкам, розділені віссю хвилеводу, містять суцільні друковані провідники, які гальванічно з'єднані між собою рядом металізованих отворів, розташованих вздовж осі хвилеводу; польові або біполярні транзистори встановлені на лицьовій та зворотній сторонах пластини і з'єднані з друкованими провідниками пластини на відповідних її сторонах; опозитно один до одного спрямовані зонди перебувають поза проекцією суцільних друкованих провідників першої лінії передачі та розташовані на протилежних сторонах пластини; друга лінія передачі на кінці, протилежному до під'єднаних заслонів транзисторів, з'єднується з областю пластини, яка містить суцільні шари металізації на обох сторонах так, що суцільні друковані провідники та друковані смужки лінії передачі з'єднуються з ними на відповідних сторонах; згадана область діелектричної пластини містить ряд металізованих отворів, які гальванічно з'єднують суцільні шари металізації на лицьовій та зворотній поверхнях діелектричної пластини; ці металізовані отвори розташовані так, що 3 UA 73370 U 5 обмежують прямокутну область пластини із розмірами сторін, що приблизно дорівнюють половині довжини хвилі у просторі, зайнятому діелектриком використаної пластини; в точках під'єднання смужок другої лінії передачі до суцільних шарів металізації металізовані отвори відсутні та згадані шари містять дві області з видаленою металізацією, що за шириною приблизно дорівнюють ширині смужок, розташовані вздовж смужок з обох їх боків так, що прилягають до продовження смужок вглиб шарів металізації паралельно осі хвилеводу. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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