Спосіб налагодження резонансного нвч підсилювача на задану частоту та пристрій для його здійснення

1 Спосіб налагодження резонансного НВЧ підсилювача на задану частоту, який полягає у формуванні двох випробувальних НВЧ сигналів з частотами, симетричними резонансній частоті за межами смуги пропускання резонатора, пропусканні випробувальних сигналів через НВЧ підсилювач, порівнянні параметрів цих сигналів між собою, формуванні різницевого сигналу, котрим регулюють власну частоту резонатора до отримання рівності порівнюваних параметрів, який відрізняється тим, що резонатор налагоджуваного резонансного НВЧ підсилювача збуджують неперервними НВЧ коливаннями заданої частоти і по черзі пакетами випробувальних НВЧ коливань нижньої і верхньої бокових частот резонатора резонансного НВЧ підсилювача, виділених з балансно-модульованих низькочастотним сигналом НВЧ коливань, змішують між собою роздільно НВЧ коливання, підсилені НВЧ підсилювачем, і НВЧ коливання на вході НВЧ підсилювача, виділяють із змішаних коливань пакети низькочастотних вимірювальних і опорних сигналів частоти модуляції, порівнюють по фазі пакети вимірювальних і опорних сигналів, формують ПОСЛІДОВНІСТЬ відеоімпульсів, амплітуди котрих пропорційні різниці фаз порівнюваних сигналів, виділяють з модульованих відеоімпульсів напругу низькочастотної огинаючої, котру використовують як різни цевий керуючий сигнал 2 Пристрій для налагодження резонансного НВЧ підсилювача на задану частоту, який містить послідовно з'єднані високочастотний кварцевий генератор, помножувач частоти і балансний НВЧ модулятор, до виходу котрого підключені паралельно НВЧ фільтри нижніх і верхніх частот, хвилевідний перемикач, входами з'єднаний з виходами НВЧ фільтрів, подвійний хвилевід ний трійник, до першого виходу котрого підключений налагоджуваний резонансний НВЧ підсилювач, послідовно з'єднані підсилювач низької частоти і фазочутливий випрямляч, а також два послідовно з'єднані подільники частоти, вхід першого з котрих з'єднаний з виходом кварцевого генератора, а вихід - з другим входом балансного НВЧ модулятора, вихід другого подільника частоти з'єднаний з керуючим входом хвилевідного перемикача і керуючим входом фазочутливого випрямляча, який відрізняється тим, що в нього введені два однотактних НВЧ змішувачі, спрямований відгалужувач, ще два фільтри нижніх частот, два підсилювачі-обмежувачі, фазовий детектор і серводвигун, підключений до виходу фазочутливого випрямляча і кінематично з'єднаний з регулюючим елементом об'ємного резонатора налагоджуваного резонансного НВЧ підсилювача, до виходу котрого через спрямований відгалужувач підключені послідовно з'єднані однотактний НВЧ змішувач, другий фільтр нижніх частот і підсилювач-обмежувач, виходом з'єднаний з одним входом фазового детектора, другий вхід котрого з'єднаний з другим виходом подвійного хвилевідного трійника через послідовно з'єднані другий однотактний НВЧ змішувач, третій фільтр нижніх частот і другий підсилювачобмежувач, вихід фазового детектора з'єднаний з входом підсилювача низької частоти, а входи подвійного хвилевідного трійника з'єднані з виходами хвилевідного перемикача і помножувача частоти ВІДПОВІДНО О со 47431 Винахід має відношення до радіотехніки і може бути використаний для автоматичного налагодження об'ємного резонатора НВЧ підсилювача на задану частоту від джерела коливань стабільної заданої частоти Для використання НВЧ коливань в технологічних цілях (нагрів, висушування, стерилізація та ш) нормативними документами визначені фіксовані частоти у діапазоні 0,4-ЗОГГц Необхідну потужність НВЧ коливань забезпечують резонансні підсилювачі потужності (на потужних транзисторах, пролітних клістронах та ш ), частота налагодження і смуга пропускання котрих забезпечується об'ємними резонаторами Однак, непостійність навантаження, вплив навколишнього середовища, нестабільність джерел живлення та ІНШІ причини викликають розлагодження резонансного підсилювача відносно частоти збуджуючого сигнала, що приводить до зниження віддава й оі навантаженню потужності Автоматичне налагодження резонансної частоти підсилювача на задану резонансну частоту сигналу дозволяє забезпечити отримання максимальної потужності НВЧ коливань і узгодження навантаження при впливі дестабілізуючих факторів Відомий спосіб налагодження резонансного НВЧ підсилювача (див Вамберский В М , Казанцев В И , Шелухов С А Передающие устройства НВЧ Учебное пособие для радиотехнических специальностей ВУЗов - М ВШ, 1984 , с 140141), який базується на низькочастотній модуляції власної частоти резонатора, наприклад, періодичною зміною його обсягу чи ємності вбудованого варикапу, виділенні змінної напруги частоти модуляції із НВЧ коливань на виході детектора, порівнянні фази цієї напруги з фазою модулюючої напруги і формуванні керуючої напруги, пропорційної частотному розлагодженню резонатора Недоліком способу є присутність залишкової амплітудної та фазової модуляції у ВИХІДНІЙ напрузі налагоджує мого підсилювача навіть при точному налагодженні резонатора на сигнал заданої частоти Крім того, модуляція параметрів потужних резонаторів пов'язана з великими технічними труднощами, а періодичні зміни власної частоти резонатора відносно заданої частоти зменшують к к д резонансного підсилювача і його середню потужність Відомий також спосіб налагодження резонансного НВЧ підсилювача (див Чернушенко А М, Майбородин А В Измерение параметров электронных приборов дециметрового и сантиметрового диапазонов волн- М Радио и связь, 1986, с 182), який базується в формуванні двох випробувальних НВЧ сигналів з частотами, симетричними резонансній частоті за межами смуги пропускання резонатора, пропусканні випробувальних сигналів через НВЧ підсилювач, в порівнянні параметрів цих сигналів між собою, формуванні різницевого сигналу, котрим регулюють власну частоту резонатора до отримання рівності порівнюваних параметрів До недоліків способу частотної вилки слід віднести невисоку точність налагодження резонатора через нерівність і нестабільність параметрів двох випробувальних сигналів від допоміжних генераторів під впливом дестабілізуюючих факторів, а також підвищені вимоги до стабілізації амплітуди і частоти випробувальних сигналів і збереженні їх частотної симетрії при ЗМІНІ центральної частоти, котра є для НВЧ підсилювача заданою частотою Відомий пристрій для налагодження резонансного НВЧ підсилювача (див Лабутин В К Частотно-избирательные цепи с электронной настройкой - М-Л Энергия, 1966, с 96-98), який містить високочастотний генератор заданої частоти, модулюючий генератор низької частоти, з'єднаний з керованим елементом резонатора налагоджуваного підсилювача, ланцюг з послідовно з'єднаних амплітудного детектора, підсилювача низької частоти і фазочутливого випрямляча, вхід котрого з'єднаний з виходом налагоджуваного резонансного підсилювача, а вихід - з керованим елементом резонатора Через параметричну модуляцію сигналу заданої частоти в налагоджуваному підсилювачі в підсиленому сигналі навіть при точному налагодженні власної частоти резонатора на задану частоту зберігається низькочастотна огинаюча другої гармоніки модулюючої напруги Розширення спектра підсиленного по потужності сигналу у деяких випадках небажано Відомий також пристрій для налагодження резонансного НВЧ підсилювача по патенту РФ №2014623, кл G01R27/32, 1991, Бюл №11, 1994, який містить послідовно з'єднані високочастотний кварцевий генератор, помножувач частоти і балансний НВЧ модулятор, до виходу котрого підключені паралельно НВЧ фільтри нижніх и верхніх частот, хвилевід ний перемикач, входами з'єднаний з виходами НВЧ фільтрів, подвійний хвилевідний трійник, до виходу котрого підключений налагоджуваний НВЧ підсилювач, послідовно з'єднані підсилювач низької частоти і фазочутливий випрямляч, а також два послідовно з'єднаних подільники частоти, вхід першого з котрих з'єднаний з виходом кварцевого генератора, його вихід з'єднаний з другим входом балансного НВЧ модулятора, вихід другого дільника частоти з'єднаний з керуючим входом хвилевідного перемикача і керуючим входом фазочутливого випрямляча Крім того, пристрій містить послідовно з'єднані балансний НВЧ змішувач, смуговий фільтр, амплітудний детектор, керований дільник напруги і широкосмуговий підсилювач, підключені між виходом налагоджуваного резонансного підсилювача і входом підсилювача низької частоти, а також диференціальний підсилювач, джерело опорної напруги та інтегратор, вихід котрого з'єднаний з керуючим входом подільника напруги, перший вхід диференціального підсилювача з'єднаний з виходом широкосмугового підсилювача, другий вхід - з виходом джерела опорної напруги, 47431 а вихід диференціального підсилювача підключений до входу інтегратора Вихід хвилюваного перемикача з'єднаний з другим входом балансного НВЧ змішувача, а виходи НВЧ фільтрів додатково з'єднані з входами подвійного хвилевідного трійника Недоліком відомого пристрою є невисока точність налагодження резонансного НВЧ підсилювача на задану частоту Це обумовлено тим, що при виборі випробувальних сигналів за межами смуги пропускання налагоджуваного резонансного підсилювача їх рівень на виході підсилювача малий і порівняний з завадами Тому точно зафіксувати рівність їх амплітуд при налагодженні резонатора важко через накладення шумів і неідентичність параметрів НВЧ детекторів Крім того, в багаторезонаторних підсилювачах, особливо при наявністі нелінійних елементів, зкстремальні значення амплітудно-частотної і фазочастотної характеристик не співпадають, тобто має місце зсув частот, на котрих спостерігається максимум амплітуди першої гармоніки підсилюваного сигналу і й нульова фаза Максимальна віддача потужності в навантаження має місце при чисто активному характері вихідного опору резонансного підсилювача, тобто при нульовій фазі підсиленного сигналу Ця умова не забезпечується відомим пристроєм В основу винаходу поставлена задача створення таких способа і пристрою налагодження резонансного НВЧ підсилювача на задану частоту, в котрих введення нових операцій в способі та введення нових злементів в пристрої дало б можливість виключити вплив викривлення випробувальних НВЧ сигналів і тим самим підвищити точність налагодження резонансного НВЧ підсилювача на задану частоту збуджуючого сигнала Поставлена задача вирішується тим, що в способі налагодження резонансного НВЧ підсилювача на задану частоту, який полягає и формуванні двох випробувальних НВЧ сигналів з частотами, симетричними резонансній частоті за межами смуги пропускання резонатора, пропусканні випробувальних сигналів через НВЧ підсилювач, порівнянні параметрів цих сигналів між собою, формуванні різницевого сигналу, котрим регулюють власну частоту резонатора до отримання рівності порівнюваних параметрів, ВІДПОВІДНО винаходу резонатор налагоджуваного резонансного НВЧ підсилювача збуджують неперервними НВЧ коливаннями заданої частоти і по черзі пакетами випробувальних НВЧ коливань нижньої і верхньої бокових частот резонатора резонансного НВЧ підсилювача, виділених з балансно-модульованих низькочастотним сигналом НВЧ коливань, змішують між собою роздільно НВЧ коливання, підсилені НВЧ підсилювачем, і НВЧ коливання на вході НВЧ підсилювача, виділяють із змішаних коливань пакети низькочастотних вимірювальних і опорних сигналів частоти модуляції, порівнюють по фазі пакети вимірювальних і опорних сигналів, формують ПОСЛІДОВНІСТЬ відеоімпульсів, амплітуди котрих пропорційні різниці фаз порівнюваних сигналів, виділяють з модульованих відеоімпульсів напругу низькочастотної огинаючої, котру використовують в якості різницевого керуючого сигналу Поставлена задача вирішується також тим, шо в пристрій для налагодження резонансного НВЧ підсилювача на задану частоту, який містить послідовно з'єднані високочастотний кварцевий генератор, помножувач частоти і балансний НВЧ модулятор, до виходу котрого підключені паралельно НВЧ фільтри нижніх і верхніх частот, хвилевідний перемикач, входами з'єднаний з виходами НВЧ фільтрів, подвійний хвилевід ний трійник, до виходу котрого підключений налагоджуваний НВЧ підсилювач, послідовно з'єднані підсилювач низької частоти і фазочутливий випрямляч, а також два послідовно з'єднаних подільники частоти, вхід першого з котрих з'єднаний з виходом кварцевого генератора, його вихід з'єднаний з другим входом балансного НВЧ модулятора, вихід другого подільника частоти з'єднаний з керуючим входом хвилевидного перемикача і керуючим входом фазочутливого випрямляча, ВІДПОВІДНО винаходу введені два однотактних НВЧ змішувача, спрямований відгалужувач, два фільтри низьких частот, два підсилювачіобмежувачі, фазовий детектор і серводвигун, підключений до виходу фазочутливого випрямляча і кінематичне з'єднаний з регулюючим елементом об'ємного резонатора налагоджуваного резонансного НВЧ підсилювача, до виходу котрого через спрямований відгалужувач підключені послідовно з'єднані однотактний НВЧ змішувач, фільтр нижніх частот і підсилювач-обмежувач, виходом з'єднаний з одним входом фазового детектора, другий вхід котрого з'єднаний з другим виходом подвійного хвилевідного трійника через другі послідовно з'єднані однотактний НВЧ змішувач, фільтр нижніх частот і підсилювачобмежувач, вихід фазового детектора з'єднаний з входом підсилювача низької частоти, а входи подвійного хвилевідного трійника з'єднані з виходом хвилевідного перемикача і помножувачем частоти ВІДПОВІДНО Виділення випробувальних сигналів нижньої і верхньої бокових частот налагоджуваного резонатора НВЧ фільтрами із балансне модульованого НВЧ сигнала заданої частоти і їх почергове подання за допомогою хвилевідного перемикача на резонансний НВЧ підсилювач з одночасним збудженням його безперервними коливаннями заданої частоти, подальше змішування пакетів вихідних коливань бокових частот з немодульованими коливаннями заданої частоти однотактним змішувачем дозволяє отримати пакети вимірювальних низькочастотних коливань, фази котрих різні і визначаються розлагодженням резонатора відносно випробувальних сигналів Змішування пакетів вхідних коливань налагоджуваного підсилювача з немодульованими коливаннями заданої частоти однотактним змішувачем дозволяє отримати пакети опорних низькочастотних коливань, фази котрих не залежать від параметрів налагоджуваного резонатора НВЧ підсилювача Зрівненням по фазі у фазовому детекторі вимірювальних і опорних пакетів напруг модулюючої частоти формують ПОСЛІДОВНІСТЬ відеоімпульсів з амплітудами, пропорційними різниці фаз порівнював пакетів 3 останньої виділяють напругу огинаючої частоти перемикання пакетів, котрою після фазочутливого випрям 47431 лення керують серводвигуном, який змінює геометричні розміри об'ємного резонатора, а ВІДПОВІДНО І його резонансну частоту Досягненням рівності фаз йорівнюдйим пакетів, котра не залежить від додаткових фазових зсувів, які вносяться перетворювальними елементами, виключається вплив викривлення випробувальних НВЧ сигналів і тим си-мим забезпечується підвищена точність налагодження резонансного НВЧ підсилювача на задану частоту при мінімально допустимому рівні побічних складових в підсиленому сигналі На фіг представлена функціональна схема пристрою для налагодження резонансного НВЧ підсилювача Пристрій містить високочастотний кварцевий генератор 1, помножувач 2 частоти, балансний НВЧ модулятор 3, два подільники частоти 4 і 5, НВЧ фільтри нижніх 6 і верхніх 7 частот, хвилевідний перемикач 8, подвійний хвилевідний трійник 9, резонансний НВЧ підсилювач 10 з налагоджуваним резонатором 1 1 , спрямований відгалужувач 12, два однотактних НВЧ змішувачі 13 і 14, два фільтри нижніх частот 15 і 16, два підсилювачі-обмежувачі 17 і 18, фазовий детектор 19, підсилювач 20 низької частоти, фазочутливий випрямляч 2 1 , серводвигун 22 і вихід 23 резонансного НВЧ підсилювача Вихід кварцевого генератора 1 з'єднаний з входами помножувача 2 і першого подільника частоти 4, вихід котрого з'єднаний з входом друге говільника частоти 5 і одним із входів балансного НВЧ модулятора 3, другий вхід котрого з'єднаний з виходом помножувача 2 частоти і через подвійний хвилевідний трійник 9 з входом резонансного НВЧ підсилювача 10 з настроюваним об'ємним резонатором 11 і другого однотактного НВЧ змішувача 14 Другий вхід подвійного хвилевідного трійника з'єднаний з виходом хвилевідного перемикача 8, входи котрого через фільтри нижніх 6 і верхніх 7 частот з'єднані з виходом балансного НВЧ модулятора 3, а керуючий вхід хвилевідного перемикача 8 з'єднаний з виходом другого подільника частоти 5 і керуючим входом фазочутливого випрямляча 21 Вихід резонансного НВЧ підсилювача 10 через послідовно з'єднані спрямований відгалужувач 12, перший однотактний НВЧ змішувач 13, другий фільтр нижніх частот 15 и перший підсилювач-обмежувач 17 з'єднаний з першим входом фазового детектора 19 Вихід другого однотактного змішувача 14 через послідовно з'єднані третій фільтр нижніх частот 16, другий підсилювач-обмежувач 18 з'єднаний з другим входом фазового детектора 19, до виходу котрого підключені підсилювач 20 низької частоти, фазочутливий випрямляч 21 і виконавчий серводвигун 22, кінематичне з'єднаний с регульованим резонатором 11 Вихід 23 резонансного НВЧ підсилювача 10 є основний енергетичий, а вихід через спрямований відгалужувач 12 - допоміжний інформаційній Сутність пропонованого способу міститься у наступному 3 сигнала джерела стабільної частоти, наприклад, кварцевого генератора 1, виділяють помножувачем 2 гармоніку частоти ш-і, на котру необхідно налагодити резонансний підсилювач потужності 10, наприклад, підсилювальний клістрон з регульованим об'ємним резонатором, власна частота котрого шо«ші Сигнал заданої частоти Ui=U m icos(wit+cpi) балансне модулюють в НВЧ модуляторі 3 сигналом низької частоти Q, котру отримують діленням частоти від того ж кварцевого генератора подільником 4 Значення низької частоти Q обирають у 2-2,5 рази більше половини ширини смуги пропускання Дш НВЧ резонатора підсилювача потужності, тобто частота модуляції Q=(1-1,25) Дш У результаті балансної модуляції низькочастотним сигналом U2=Um2Cos(Qt+cp2) формуется амплітуд номодульований НВЧ сигнал виду 0) де 5, - крутість модуляційного перетворення Складова різницевої частоти W2=wi-Q являє собою сигнал нижньої бокової частоти резонатора, а складова сумарної частоти ш 3=tui+Q - сигнал верхньої бокової частоти резонатора З двочастотного сигнала ІІз НВЧ фільтрами 6 і 7 роздільно виділяють гармонічні складові різницевої і сумарної частот S U. - —кХ)',13' cosfW + Ф, ~ ®, -ФЛ, (j.І , todc&J + ф. + ЙЭ, - Ф.) , ._. де ki и кг - коефіцієнти передачі ВІДПОВІДНО фільтрів нижніх і верхніх частот, срз и ф4 - додаткові фазові зсуви, внесені ВІДПОВІДНИМИ фільтрами За допомогою перемикача 8 формують випробувальні сигнали у вигляді пакетів коливань нижньої і верхньої бокових частот резонатора з тривалістю, кратною періоду коливань низької частоти Q S 0