Перестрійний нвч генератор

Реферат: Перестрійний НВЧ генератор містить резонатор у вигляді відрізка прямокутного хвилеводу з закорочуючим поршнем на одному з кінців, а другий кінець через трансформатор повного опору з'єднаний з узгодженим навантаженням, активний напівпровідниковий діод з від'ємним опором  та параметричний діод, які встановлені по широкій стінці хвилеводу на відстані один від 8 одного, та одними з електричних виводів підключені паралельно до корпуса хвилеводу, два металічні паралельні тримачі у вигляді циліндричних стрижнів, які одними кінцями електрично та механічно з'єднані з виводами діодів, а іншими через фільтри - до джерел живлення, при цьому кінці тримачів з'єднані ємнісним елементом. Діоди механічно встановлені в глухому отворі круглого перерізу широкої стінки відрізка хвилеводу та електрично підключені до нього, при цьому кінці тримачів закріплені в протилежній стінці хвилеводу за допомогою циліндричної втулки, торцева поверхня якої з глухим отвором утворюють кільцевий зазор. UA 90462 U (12) UA 90462 U UA 90462 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до передаючих пристроїв радіотехніки і може використовуватися в перестрійних системах зв'язку та широкосмугових радарах. Відомі НВЧ генератори, які перестроюються за допомогою параметричних елементів [Патент США № 3882419, МПК Н03В 7/14. Varactor tuned inpatt diode microwave oscillator. Swantz J., Wen С. Заявлен. 03.01.1974. Опубл. 05.06.1975.]. НВЧ генератор виконаний у вигляді відрізка хвилеводу, в одному із кінців змонтовано закорочуючий поршень, який переміщається з другого кінця хвилеводу, де знімається вихідний сигнал. За допомогою тримачів в широкій стінці хвилеводу встановлені діод з від'ємним опором та параметричний діод. Одні з кінців електрично ізольовані від корпуса хвилеводу та на них подається напруга від джерел живлення діодів. Зміна частоти НВЧ генератора відбувається шляхом механічного переміщення закорочуючого поршня та зміною ємності параметричного діода. НВЧ генератор має можливість електрично змінювати робочу частоту в необхідній смузі. Незважаючи на задовільні характеристики, розглянутому НВЧ генератору притаманні такі недоліки: 1. Значні габарити, так як відстань між діодами дорівнює  , між діодом та закорочуючим 2  поршнем теж дорівнює . 2 2. Вихідна потужність генератора обмежена недостатнім тепловідводом від активного діода. 3. Незначна механічна міцність через конічні диски, якими закінчуються тримачі, та які необхідні для узгодження імпедансів діодів та хвилеводу. Найбільш близьким аналогом до заявленої корисної моделі є НВЧ генератор, який захищений патентним документом [АС СРСР № 1494820 А1, МПК Н03В 7/14. Генератор. А.А. Луговой, С.В. Хоменко, Ю.А. Цвирко. Опубл. 18.11.1986.]. Для розширення частотного діапазону генерації НВЧ потужності та покрашення спектральних характеристик як активний елемент використано діод Ганна, параметричним елементом є варикап. Ці діоди одними кінцями закріплені на площині широкої стінки, яка служить тепловідводом. Другими кінцями діоди з'єднані між собою ємнісним елементом за допомогою електричних виводів. Незважаючи на задовільні технічні характеристики, найближчому аналогу притаманні такі недоліки: 1. Нестабільність роботи НВЧ генератора через недостатнє узгодження з навантаженням при різних температурах. 2. Обмежений робочий діапазон частот діода Ганна через можливості збудження в хвилеводі коливань основної частоти. 3. Зміна частоти та спектральної характеристики через зміну ємнісного елемента, який з'єднує діоди. В основу корисної моделі поставлена задача, що полягає в удосконаленні НВЧ генератора шляхом зміни способу кріплення діодів та конденсатора. Поставлена задача вирішується тим, що НВЧ генератор, який містить резонатор у вигляді відрізка прямокутного хвилеводу з закорочуючим поршнем на одному з кінців, а другий кінець через трансформатор повного опору з'єднаний з узгодженим навантаженням, активний напівпровідниковий діод з від'ємним опором та параметричний діод, які встановлені по широкій стінці хвилеводу на відстані менше  один від одного, та одними з електричних виводів 8 підключені паралельно до корпуса хвилеводу, два металічні паралельні тримачі у вигляді циліндричних стрижнів, які одними кінцями електрично та механічно з'єднані з виводами діодів, а іншими через фільтри - до джерел живлення, при цьому кінці тримачів з'єднані ємнісним елементом, згідно з корисною моделлю, для розширення частотного діапазону діоди механічно встановлені в глухому отворі круглого перерізу широкої стінки відрізкахвилеводу та електрично підключені до нього, при цьому кінці тримачів закріплені в протилежній стінці хвилеводу за допомогою циліндричної втулки, торцева поверхня якої з глухим отвором, утворюють кільцевий зазор висотою h , яка визначається співвідношенням: 12 50 4   d r4       2   Z  , (1) 30  ln h  2r  н    br 2 d     де: r - радіус глухого отвору в широкій стінці відрізка хвилеводу, м, d - відстань між осями двох паралельних тримачів, м, 1 UA 90462 U b - радіус перерізу тримача, м, Z н - імпеданс узгодженого навантаження, Ом,  - магнітна постійна, 4  10 7 Гн  м1 ,  - електрична постійна, 3,85  10 12 Ф  м1 . 5 10 15 20 25 Крім цього ємнісний елемент закріплений на електричному виводі одного із діодів. Відмінними суттєвими ознаками запропонованої корисної моделі є розміщення варикапу та діодів Ганна в глухому отворі широкої стінки хвилеводу, висота кільцевого зазору h між вставкою та площиною широкої стінки, та спосіб закріплення ємнісного елемента. Виконання НВЧ генератора з цими ознаками забезпечує одержання технічного результату - стабільна робота генератора в широкій смузі частот при всіх змінах температур та зовнішніх механічних навантаженнях. Можливість практичної реалізації корисної моделі підтверджується наступним графічним матеріалом: Фіг. 1 - Схематичне зображення перерізу НВЧ генератора в зоні відрізка хвилеводу. Фіг. 2 - Еквівалентна схема з'єднання імпедансів різних частин генератора. Фіг. 3 - Залежність частоти генератора від напруги, що подається на параметричний діод. Розглянемо схематичне зображення перерізу НВЧ генератора по площині перерізу, утвореної осями стрижнів тримачів 1 діода Ганна 2 та параметричного діода 3 на фіг. 1. Два діода 2 та 3, які закріплені на фіксуючому елементі 4 з стрижнями тримачів 1, утворюють в циліндричному відрізку діаметром 2r двопровідну коаксіальну лінію. Об'єм, який утворений виступом циліндричної втулки 6 та відрізком двопровідної коаксіальної лінії, що сполучається з об'ємом відрізка прямокутного хвилеводу, утворює радіальну передаючу лінію, імпеданс якої змінюється від осі генератора до входу в прямокутний хвилевод. Використавши ці підходи, будуємо еквівалентну схему перестрійного генератора, яка має вигляд, як показано на малюнку фіг. 2. Еквівалентна схема складається з двох та одного, які включені послідовно. Імпеданс коаксіальної лінії - Zл , імпеданс передаючої радіальної лінії - Zрл та імпеданс навантаження прямокутного хвилеводу - Z н . Використовуючи джерело інформації [А.Л. Фельдштейн, Л.Р. Явич, В.Л. Смирнов, Справочник по элементам волноводной техники. - М.: "Сов. радио", 1967.], знаходимо імпеданс коаксіальної лінії 4 30 35 Z л  d r4     2  , (2)  30 ln b r2  d де: b - радіус стрижня тримача діода, м d - відстань між осями стрижнів, м r - радіус циліндричного об'єму, де розміщені та закріплені діоди з тримачами, м. Імпеданс радіальної лінії знаходимо з джерела [Теория линий передачи сверхчастот. Т. II. Пер. с англ. под ред. А.П. Шлуптов. - М.: "Сов. радио", 1951.]:  h , (3)   2r Zрл  40 45 де:  та  - магнітна та електрична постійні; h - висота кільцевого зазору, що сполучає об'єм, де закріплені діоди, з об'ємом відрізку прямокутного хвилеводу. Для ефективної передачі НВЧ потужності від діода Ганна до хвилеводу, який з'єднаний з узгодженим навантаженням, необхідно виконання співвідношення: 2 Z рл  Z л  Z н , (4) Використовуючи вирази (2), (3) та (4), знаходимо: 4 2  h   2r 2  d r4     2 Z  30 ln н br 2 d 2 UA 90462 U 4  d r4     2 2 Z h2   2r   30 ln н  br 2 d 1 5 10 15 4  2  d r4        2   Z  . (5) h  2r 30 ln н    br 2 d     Таким чином, вираз (5) дає змогу визначити оптимальну висоту зазору h , яка забезпечує максимальну потужність перестрійного НВЧ генератора в узгодженому навантаженні. Варіант виконання корисної моделі показаний на фіг. 1. В корпусі генератора 5 осесиметрично закріплена циліндрична втулка 6, в якій встановлені стрижні тримачів діодів 1 та елемент фільтра 7. В свою чергу діод Ганна 2 та параметричний діод 3 встановлені на елементі фіксації 4, положення якого по осі генератора визначається товщиною установочних шайб 8. Установочні шайби 8 та фіксуючий елемент 4 закріплені в корпусі генератора 5 при допомозі гвинта 9. Настроювання відрізка хвилеводу 10 реалізується при допомозі закорочуючого поршня 11. Ємнісний елемент 12 механічно та електрично з'єднаний з діодом Ганна, що підвищує стійкість всієї конструкції до дії механічних та температурних факторів. Як ємнісний елемент 12 використаний з'єднувальний конденсатор, ємність якого повинна бути більшою за ємність параметричного діода 3. Таким чином, виконання перестрійного НВЧ генератора з заявленими ознаками дає змогу одержати в узгодженому навантажені НВЧ потужність в безперервному режимі P  80 мВт в діапазоні а  25,86  37,5 ГГц . ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 1. Перестрійний НВЧ генератор, що містить резонатор у вигляді відрізка прямокутного хвилеводу з закорочуючим поршнем на одному з кінців, а другий кінець через трансформатор повного опору з'єднаний з узгодженим навантаженням, активний напівпровідниковий діод з від'ємним опором та параметричний діод, які встановлені по широкій стінці хвилеводу на  відстані один від одного, та одними з електричних виводів підключені паралельно до корпуса 8 хвилеводу, два металічні паралельні тримачі у вигляді циліндричних стрижнів, які одними кінцями електрично та механічно з'єднані з виводами діодів, а іншими через фільтри - до джерел живлення, при цьому кінці тримачів з'єднані ємнісним елементом, який відрізняється тим, що діоди механічно встановлені в глухому отворі круглого перерізу широкої стінки відрізка хвилеводу та електрично підключені до нього, при цьому кінці тримачів закріплені в протилежній стінці хвилеводу за допомогою циліндричної втулки, торцева поверхня якої з глухим отвором утворюють кільцевий зазор висотою h , яка визначається співвідношенням: 12 35 4   d r4        2 Z  , h  2r  30 ln н    br 2 d     де: r - радіус глухого отвору в широкій стінці відрізка хвилеводу, м, d - відстань між осями двох паралельних тримачів, м, b - радіус перетину тримача, м, Z н - імпеданс узгодженого навантаження, Ом,  - магнітна постійна, 4  10 7 Гн  м1 , 40  - електрична постійна, 3,85  10 12 Ф  м1 . 2. НВЧ генератор за п. 1, який відрізняється тим, що ємнісний елемент закріплений на електричному виводі одного із діодів. 3 UA 90462 U 4 UA 90462 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 5