Перестраиваемый автогенератор гармоник

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в различной приемопередающей радиоаппаратуре, работающей вплоть до СВЧ диапазона. Технический результат заключается в повышении уровней мощности выделяемых k-й и n-й гармоник перестраиваемых генераторов по отношению к выходной мощности их колебаний основной частоты. Автогенератор содержит два управляемых напряжением автогенератора гармоники, которые выполнены по одинаковой схеме на двух биполярных транзисторах, включенных по схеме с общей базой. Для развязки СВЧ цепей по питанию в каждом из автогенераторов используются последовательно соединенные между собой четыре пары развязывающих индуктивностей и блокировочных конденсаторов. Каждый из автогенераторов содержит три контура: эмиттерный, базовый и коллекторный. Таким образом, при выборе номиналов частотозадающих элементов двух автогенераторов гармоник в зависимости от выбранного способа взаимной синхронизации в предлагаемом устройстве достигается одновременное повышение уровней мощности выделяемых k-й и n-й гармоник по отношению к выходной мощности их колебаний основной частоты. 8 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в различной приемо-передающей радиоаппаратуре, работающей вплоть до СВЧ диапазона. В частности, это устройство относится к СВЧ генераторам, управляемым напряжением (ГУН), которые одновременно формируют колебания основной частоты и частот k-ой и n-ой гармоник, необходимых для работы в современных синтезаторах частот.

Известен автогенератор гармоники СВЧ (См. Малышев, В.А. Автогенератор гармоники СВЧ / В.А. Малышев, С.П. Бровченко // Авторское свидетельство СССР № SU 1054864 А. - Опубл. 15.11.83 в БИ №42). Данное устройство, блок-схема которого изображено на фиг. 1, состоит из автогенератора (АГ) 1 на транзисторе, включенного по схеме с общей базой, фильтра холостого хода (ФХХ) 2 и фильтра выделяемой гармоники (ФВГ) 3. Автогенератор 1 представлен в виде обобщенной схемы, содержащей активный 4 и пассивный 5 элементы. Нелинейный режим работы АГ приводит к генерации колебаний основной частоты и ее гармоник. В данном устройстве реализуется режим «холостого хода» по основной частоте ƒ₀, а при помощи фильтра ФВГ на частоте kƒ₀ выделяется выходная мощность k-ой гармоники. Применение фильтра 3 приводит здесь к повышению уровня выходной мощности гармоники на (30-40)%, так как при наличии ненагруженного контура в коллекторной цепи транзистора происходит не только прямое, но и промежуточное преобразование мощности первой гармоники в мощность выделяемой гармоники. Очевидно также, что, перестроив фильтр ФВГ должным образом, можно выделить n-ую гармонику, а при его правильной настройке возможно одновременное получение как k-ой, так и n-ой гармоник.

Недостатком данного аналога является относительно невысокий уровень мощности выделяемых гармоник, который определяется нелинейным режимом работы транзистора. Так, по отношению к выходной мощности основного («несущего») колебания типовые уровни мощностей второй и третьей гармоник, например, находятся обычно в пределах -(10-20) и -(20-35) дБн, соответственно (см. фиг. 5-28 и 5-29 в [1]).

Известен СВЧ автогенератор субгармоник (см. HMC530LP5/530LPE MMIC VCO w/Half frequency output & divide-by-4 9.5 - 10.8 GHz, VCOs & PLOs - SMT [Электронный ресурс] // Hittite microwave corporation - 2010. - Режим доступа: http://www.hittite.com). Его блок-схема изображена на фиг. 2. Данный автогенератор субгармоник выполнен в виде микросхемы 6 размером 5×5 мм, в состав которой входит генератор, управляемый напряжением 7, усилитель мощности 8, варакторный делитель частоты на два 9 и разделительные конденсаторы 10 и 11. Для генерации колебаний основной частоты ƒ₀ на выходе 12 в ГУН 7 реализуется необходимое отрицательное сопротивление, а для получения на выходе 13 колебаний с половинной частотой ƒ₀/2 вместе с ГУН 7 и усилителем мощности 8 используется встроенный в генератор делитель частоты на варакторных диодах. Чтобы получить на выходе 14 колебания с частотой ƒ₀/4, в автогенераторе субгармоник 6 используется еще один варакторный делитель частоты на два 9. Для подачи питающих напряжений +Е_пит на ГУН 7, на усилитель мощности 8 и на делитель частоты 9 используются клеммы 15-17. А через клемму 18 в ГУН 7 подается управляющее напряжение +Е_упр, с помощью которого перестраиваются все частоты.

Недостатком данного устройства, а также других, выполненных по схеме на фиг. 2 автогенераторов субгармоник (см. HMC510LP5, HMC512LP5, HMC513LP5, HMC515LP5, HMC534LP5, HMC582LP5, HMC584LP5) является относительно невысокий уровень мощности субгармоник. Так, уровень колебания с частотой ƒ₀/4 на выходе 14 отличается от основного колебания на выходе 12 до 22 дБ. А чтобы выровнять уровни колебаний на выходах 12 и 13 приходится применять дополнительный усилитель мощности 8.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является СВЧ автогенератор гармоники (см. Баранов, А.В. Перестраиваемый автогенератор гармоники // Патент РФ на изобретение №2685387 по заявке на изобретение №2018100517/08(000639) от 09.01.2018, МПК - 2006.01 НО3В 5/36, Опубл. 17.04.2019, Бюл. №11). Устройство выполнено на биполярном транзисторе 19, включенном по схеме с общей базой (см. фиг. 3). В СВЧ диапазоне основными частотозадающими элементами АГ являются емкость перехода «коллектор-эмиттер» транзистора С_КЭ, емкости конденсаторов 20-23 и варикапа 24, а также индуктивности 25, 26 и 28. Кроме этого устройство содержит индуктивные 27-30 и емкостные 31-34 элементы развязки СВЧ цепей по питанию, которые также могут незначительно влиять на основную частоту и почти не влиять на ее гармоники. Данный автогенератор подключен к 50-Омному выходу через разделительный конденсатор 35. Для подачи запирающего напряжения на варикап 24 используется клемма 36, а для ввода напряжений питания на электроды транзистора - клеммы 37-39.

Особенностью работы данного устройства является то, что в нем созданы условия для одновременной генерации приблизительно равных по уровню колебаний на основной частоте и ее k-ой гармонике. Создание этих условий предполагает реализацию емкостной треугольной трехточечной схемы автогенератора на основной частоте (см. фиг. 4а)), а на ее k-ой гармонике - звездообразной схемы индуктивной трехточки автогенератора (см. фиг. 4б). Треугольная схема представляет собой обычную схему емкостной трехточки, точки которой отмечены буквами а, в и с. Звездообразная схема получена в работе [2] из типовой треугольной схемы индуктивной трехточки на основе общих взаимных условий эквивалентных преобразований треугольника сопротивлений в звезду и наоборот - преобразования сопротивлений звезды в треугольник. В звездообразной схеме на фиг. 4б) точки отмечены также буквами а, в и с, а в качестве центральной точки звезды используется корпус прибора.

Треугольная трехточечная схема генератора на фиг. 4а) реализуется на основной частоте, если под элементами 40, 41 и 42 понимать следующие реактивности. Элемент 40 образован емкостью перехода «активного элемента» 43 - С_АЭ или емкостью «коллектор-эмиттер» транзистора С_КЭ. Элемент 41 представляет собой емкость «обратной связи» - С_ОС или эквивалентную емкость работающих на основной частоте последовательно соединенных эмиттерного и базового контуров. Эмиттерный контур здесь образован индуктивностью 28 и емкостями варикапа 24 и конденсаторов 20, 32, а базовый контур - конденсаторами 21, 22 и индуктивностью 25. Элемент 42 выполняет функцию эквивалентной индуктивности цепи - «колебательного контура» L_KK. Эта цепь состоит из последовательно соединенных базового и коллекторного контуров. Причем коллекторный контур образован индуктивностью 26 и конденсатором 23 и работает на основной частоте.

Звездообразная трехточечная схема генератора реализуется на k-ой гармонике, если под элементами 44-46 на фиг. 4б) понимать следующие реактивности. Элементом 44 является эквивалентная емкость С_Э эмиттерного контура, связанного при работе на k-ой гармонике основного колебания с коллекторным контуром при помощи конденсатора С_КЭ. Элементы 45, 46 представляют собой эквивалентную индуктивность L_Б базового контура, работающего на k-ой гармонике основного колебания, и, соответственно, эквивалентную индуктивность L_К коллекторного контура, связанного при помощи конденсатора С_КЭ с эмиттерным контуром в процессе работы на k-ой гармонике основного колебания.

При выборе номиналов частотозадающих элементов в соответствии с выражением:

в прототипе реализуются условия одновременной генерации колебаний основной частоты и ее k-ой гармоники. В результате генерации на данных частотах уровень выходной мощности k-ой гармоники становится соизмеримым с уровнем выходной мощности колебания основной частоты. К сожалению, выделить эффективным образом еще одну (например, n-ую), гармонику (n≠k) в данном устройстве не представляется возможным.

Таким образом, несмотря на то, что прототип является устройством эффективного выделения k-ой гармоники, его недостатком является относительно низкий (определяемый лишь нелинейным режимом работы его транзистора) уровень мощности n-ой гармоники.

Технический эффект, на достижение которого направлено предлагаемое решение, заключается в одновременном повышении уровней мощности выделяемых k-ой и n-ой гармоник перестраиваемых генераторов по отношению к выходной мощности их колебаний основной частоты (n≠k, k≥2, n≥2).

Этот эффект достигается тем, что в перестраиваемом автогенераторе гармоник, состоящем из первого управляемого напряжением автогенератора гармоники, который выполнен на транзисторе 19, включенном по схеме с общей базой, и содержит последовательно соединенные между собой индуктивности и конденсаторы под номерами 27 и 31, 28 и 32, 29 и 34, 30 и 33, соответственно, где вторые обкладки всех конденсаторов 31-34 подключены к общей шине, а общие точки каждой пары элементов соединены с клеммами 36 и 38, 37, 39 источников подачи напряжения управления варикапом 24 и напряжений питания на электроды транзистора 19, причем анод варикапа 24 подключен к общей шине, а его катод - к свободному выводу индуктивности 27 и к конденсатору 20, второй вывод которого соединен со свободным выводом индуктивности 28 и с эмиттером транзистора 19, а его база подключена к конденсатору 21 и одновременно к индуктивности 25, соединенной последовательно с конденсатором 22, при этом вторые обкладки конденсаторов 21 и 22 присоединены к общей шине, а свободный вывод индуктивности 29 подключен к общей точке соединения индуктивности 25 и конденсатора 22, коллектор транзистора 19 имеет общий контакт и со свободным выводом индуктивности 30 и с конденсатором 35 и с индуктивностью 26, соединенной последовательно с конденсатором 23, в свою очередь, вторая обкладка конденсатора 23 подключена к общей шине, а вторая обкладка конденсатора 35 - к выходу первого перестраиваемого автогенератора гармоники, в котором величины основных элементов удовлетворяют соотношению:

где ƒ₀ - основная частота генерации устройства, k=2, 3, … - номер выделяемой гармоники, индексом «1» здесь и далее отмечены все элементы, относящиеся к первому автогенератору гармоники, С_АЭ1 - емкость перехода коллектор-эмиттер выбранного транзистора 19, C_OC1 - эквивалентная емкость работающих на основной частоте в первом автогенераторе последовательно соединенных его эмиттерного и базового контуров: эмиттерный контур образован индуктивностью 28 и емкостями варикапа 24 и конденсатора 20, базовый контур - индуктивностью 25 и конденсаторами 21 и 22, L_KK1 - эквивалентная индуктивность последовательно соединенных базового и коллекторного контуров, последний образован индуктивностью 26 и конденсатором 23 и работает в первом автогенераторе на основной частоте, С_Э1 - эквивалентная емкость эмиттерного контура, связанного при работе на k-ой гармонике основного колебания с коллекторным контуром при помощи конденсатора С_АЭ1, L_Б1 - эквивалентная индуктивность базового контура, работающего на k-ой гармонике основного колебания, L_K1 - эквивалентная индуктивность коллекторного контура, связанного при помощи конденсатора С_АЭ1 с эмиттерным контуром в процессе работы на k-ой гармонике основного колебания, согласно изобретению вводится второй, выполненный по схеме первого, управляемый напряжением автогенератор гармоники, выход которого, с одной стороны, через последовательно соединенные согласованные элементы связи 64 и 65 подключен к выходу первого управляемого напряжением автогенератора гармоник, а с другой стороны, через последовательно соединенные согласованные элементы связи 64 и 66 - к выходу устройства в целом, причем, если первый и второй автогенераторы взаимно синхронизированы на частоте ƒ₀, то величины основных элементов второго автогенератора гармоники удовлетворяют соотношению:

где n=2, 3, … - номер выделяемой при n≠k гармоники колебания с частотой ƒ₀, здесь и далее индексом «2» отмечены все элементы, относящиеся ко второму автогенератору гармоники, С_АЭ2 - емкость перехода коллектор-эмиттер второго выбранного транзистора 47, С_ОС2 - эквивалентная емкость работающих на основной частоте соединенных последовательно эмиттерного и базового контуров: эмиттерный контур образован индуктивностью 56 и емкостями варикапа 52 и конденсатора 48, базовый контур - индуктивностью 53 и конденсаторами 49 и 50, L_KK2 - эквивалентная индуктивность последовательно соединенных базового и коллекторного контуров, последний образован индуктивностью 54 и конденсатором 51 и работает во втором автогенераторе на основной частоте, С_Э2 - эквивалентная емкость эмиттерного контура, связанного при помощи конденсатора С_АЭ2 с коллекторным контуром и работающего во втором автогенераторе на n-ой гармонике основного колебания nƒ₀, L_Б2 - эквивалентная индуктивность базового контура, который работает во втором автогенераторе на n-ой гармонике с частотой nƒ₀, L_K2 - эквивалентная индуктивность коллекторного контура, связанного с эмиттерным контуром при помощи конденсатора С_АЭ2 в процессе работы на n-ой гармонике основного колебания nƒ₀ во втором автогенераторе, вместе с тем, если в устройстве первый и второй автогенераторы взаимно синхронизированы на частоте kƒ₀, то величины основных элементов второго автогенератора гармоники удовлетворяют соотношению:

где n=2, 3, … - номер выделяемой гармоники колебания с частотой kƒ₀, C_OC2^* - эквивалентная емкость соединенных последовательно эмиттерного и базового контуров, которые работают на основной для второго автогенератора частоте - kƒ₀, L_KK2^* - эквивалентная индуктивность последовательно соединенных базового и коллекторного контуров, работающих во втором автогенераторе на той же частоте - kƒ₀, С_Э2^* - эквивалентная емкость эмиттерного контура, связанного при помощи конденсатора С_АЭ2 с коллекторным контуром и работающего во втором автогенераторе на частоте его n-ой гармоники - nkƒ₀, L_Б2^* - эквивалентная индуктивность базового контура, который во втором автогенераторе работает на частоте его n-ой гармоники - nkƒ₀, L_K2^* - эквивалентная индуктивность коллекторного контура, связанного с эмиттерным контуром при помощи конденсатора С_АЭ2 в процессе работы на частоте гармоники nkƒ₀ во втором автогенераторе.

Принципиальная схема предложенного автогенератора гармоник представлена на фиг. 5. Устройство состоит из двух перестраиваемых автогенераторов гармоник, которые выполнены по одинаковой схеме на двух биполярных транзисторах 19 и 47, включенных по схеме с общей базой. В СВЧ диапазоне основными частотозадающими элементами первого автогенератора гармоник являются емкость перехода «коллектор-эмиттер» первого транзистора С_КЭ1 и емкости конденсаторов 20-23 и первого варикапа 24, а также индуктивности 25, 26 и 28. Во втором автогенераторе гармоник такими элементами являются, соответственно, емкость перехода «коллектор-эмиттер» второго транзистора С_КЭ2 и емкости конденсаторов 48-51 и второго варикапа 52, а также индуктивности 53 и 54. Кроме этого устройство содержит индуктивные 55-58 и емкостные 59-62 элементы развязки СВЧ цепей по питанию, которые также могут незначительно влиять на основную частоту и почти не влиять на ее гармоники. Первый и второй автогенераторы гармоник подключены к соответствующим 50-Омным выходам через разделительные конденсаторы 35 и 63. В свою очередь, первый и второй выходы генераторов соединены между собой и с выходом всего устройства при помощи согласованных элементов связи 64-66. Для подачи запирающего напряжения на варикапы 24 и 52 используется клемма 36, а для ввода напряжений питания на электроды транзистора - клеммы 37-39.

Предложенное устройство работает следующим образом. Если в первом автогенераторе гармоники прототипа создать условия для одновременной генерации колебаний на основной частоты ƒ₀₁ и на ее k-ой гармонике kƒ₀₁, то на данных частотах возможно получение колебаний с приблизительно равными уровнями их выходных мощностей. Такое равенство уровней достигается, если на основной частоте и на ее k-ой гармонике коэффициенты передач активной и пассивной цепей первого автогенератора гармоники, а также динамический диапазон по выходной мощности выбранного транзистора мало отличаются друг от друга. Если во втором автогенераторе гармоники создать подобные условия для одновременной генерации колебаний на основной частоте ƒ₀₂ и на ее n-ой гармонике nƒ₀₂, то можно также получить приблизительно равные уровни выходных мощностей этих колебаний. Тогда величины основных элементов первого и второго автогенераторов гармоник связаны аналогичными соотношению (1) уравнениями:

Так как первый и второй автогенераторы гармоник объединены между собой при помощи согласованных элементов связи 64-66 и имеют общую нагрузку, то данные взаимосвязанные автогенераторы могут быть синхронизированы либо на основной частоте ƒ₀=ƒ₀₁-ƒ₀₂, либо на k-ой гармонике основной частоты первого автогенератора и основной частоте второго автогенератора, равных kƒ₀. Если оба автогенератора гармоник синхронизированы на основной частоте ƒ₀, то при n≠k номиналы их частотных элементов в выражениях (2) рассчитываются по формулам:

Если же данные автогенераторы синхронизируются на частоте kƒ₀, то при n=2, 3, … номиналы их частотных элементов в выражениях (2) выбираются следующим образом:

То есть, при выборе в автогенераторах номиналов их частотных элементов в соответствии с формулами (4) реализуется режим синхронизации двух колебаний: выходного колебания первого генератора с частотой kƒ₀ и основного колебания с той же частотой во втором генераторе. В результате, на выходе всего устройства присутствуют три приблизительно равных по уровню мощности колебания с частотами ƒ₀, kƒ₀ и nkƒ₀. Например, при k=2 и n=2 это могут быть основная частота, а также ее вторая и четвертая гармоники.

Таким образом, в предлагаемом устройстве достигается одновременное повышение уровней мощности выделяемых k-ой и n-ой гармоник перестраиваемых генераторов по отношению к выходной мощности их колебаний основной частоты. Здесь эффективное выделение k-ой и n-ой гармоник происходит с учетом отмеченных выше особенностей: k≥2, n≥2 и при n≠k для системы (3) и k≥2, n≥2 для уравнений (4). Причем по сравнению с известными генераторами гармоник указанный положительный эффект имеет место без обязательной настройки различных (ненагруженных, нагруженных, запредельных и других) контуров на их выходах. В данном случае положительный эффект обеспечивается без использования делителей частоты колебаний с последующим усилением их мощности. Кроме того, предлагаемое устройство обладает дополнительным полезным свойством, когда при взаимной синхронизации двух генераторов в нем на 3 дБ уменьшается уровень спектральной плотности мощности фазовых шумов [3].

Пример конкретного выполнения устройства. Рассмотрим перестраиваемый автогенератор гармоник, который одновременно генерирует колебания на основной частоте, а также на второй и четвертой гармониках в окрестностях частот 2.5, 5 и 10 ГГц. Один автогенератор при k=2 генерирует колебания в окрестностях частот 2.5 и 5 ГГц, другой - в окрестностях 5 и 10 ГГц при n=2, если взаимная синхронизация реализована на частоте kƒ₀≈5 ГГц. Реализация макета с выбранным способом синхронизации представляет больший интерес по сравнению со случаем, когда взаимная синхронизация двух автогенераторов осуществляется на основной частоте. В соответствии со схемой на фиг. 5 каждый из генераторов реализован по гибридно-интегральной технологии на поликоровой подложке размером 10×12.5×0.5 мм, которая расположена в корпусе с габаритными размерами 12.5×20×5 мм (см. фиг. 6). Первый и второй автогенераторы гармоник объединены между собой и подключены к общей выходной нагрузке при помощи согласованных элементов связи, в качестве которых используются чип резисторы 12 Ом с типовым размером 0402. Оба генератора выполнены на кристаллах кремниевых биполярных транзисторах 19 и 47 типа 2Т3202А-5, которые схеме с общим эмиттером имеют граничную частоту 7.5 ГГц, а в схеме с общей базой могут работать вплоть до ≈12 ГГц. То есть, выбранные транзисторы имеют гарантированный техническими условиями коэффициент усиления колебаний, как на частоте (например, в окрестности 5 ГГц), так и на ее второй гармонике. В разработанном макете устройства применены керамические чип конденсаторы К10-71 с минимально возможными размерами, а в качестве индуктивных элементов - золотые проволочки толщиной 15 мкм. Для оценки величин элементов С_КЭ1 и С_КЭ2 использовано значение емкости перехода коллектор-эмиттер С_КЭ=0.1 пФ из эквивалентной схемы транзистора 2Т648А-2, который является аналогом выбранного транзистора и на котором собран макет прототипа. В качестве диодов с переменной емкостью 24 и 52 применены кристаллы кремниевого варикапа 2В174А9, емкость которого меняется в диапазоне от 0.7 до 2.5 пФ.

В автогенераторе гармоник, который генерирует колебания в окрестностях 5 и 10 ГГц использованы номиналы элементов, полученные для примера конкретной реализации прототипа. В этом генераторе в качестве емкостных элементов использованы следующие их номиналы: ≈0.2 пФ (для элементов 20, 21), 1.5 пФ (для элементов 22, 23), 47 пФ (для элементов 31-34), 15 пФ (для элемента 35). В качестве индуктивных элементов 27-30 в схеме здесь использованы золотые проволочки толщиной 15 мкм и длиной от 4.5 до 5.5 мм с расчетными величинами индуктивностей от 5.5 до 6.5 нГн. Величины индуктивных элементов 25 и 26 (в виде 15 мкм золотых проволочек) являются также расчетными и составляют ≈0.6 и ≈2.5 нГн, соответственно. Используя в формулах (4) выбранные и расчетные величины элементов схемы первого автогенератора на фиг. 5, проведены оценки его частот. Их величины составляют 5.6 и 10.2 ГГц.

В другом автогенераторе гармоник использованы элементы, номиналы которых в соответствии с формулой (1) выбраны для генерирования колебаний в окрестностях частот 2.5 и 5 ГГц. Так, в данном генераторе применены следующие номиналы емкостных элементов: ≈0.4 пФ (для элементов 48, 49), 2.2 пФ (для элементов 50, 51) и использованы также индуктивные элементы 53 и 54 с номиналами: ≈1 и ≈3.5 нГн, соответственно.

При проведении частотных оценок в обоих автогенераторах гармоник учитывались паразитные индуктивности между точками подключения соответствующих «земляных» контактов к общей шине.

Разработанное устройство генерирует колебания основной частоты (≈2.65 ГГц), второй (≈5.3 ГГц) и четвертой (≈10.6 ГГц) гармоник общей мощностью ≈0.65 мВт при коллекторном напряжении питания +6 В и токе потребления ~52 мА. При изменении управляющего напряжения от 1 до 4.5 В частота второй гармоники меняется от 5.29 до 5.33 ГГц. Для изготовленного макета, работающего при управляющем напряжении +2.8 В, на фиг 7 приведен спектр его выходного колебания, который получен с помощью анализатора спектра FSUP-26 (ROHDE&SCHWARZ). Из фиг. 7 видно, что уровень второй гармоники на ≈8 дБ выше, а уровень четвертой гармоники на ≈3.5 дБ ниже уровня выходной мощности колебания основной частоты. При этом по отношению к основной частоте уровни паразитных гармоник находятся в пределах -(30-50) дБ. Полученный экспериментально вид спектра подтверждает заявленный положительный эффект.

Особенностью разработанного макета является не совсем обычное соотношение уровней частотных составляющих, когда в первом генераторе вторая гармоника выше основного колебания, а во втором генераторе - ниже. Это связано только с тем, что выбранный транзистор имеет меньшую граничную частоту по сравнению, например, с транзистором 2Т648А-5 в прототипе, где уровень мощности гармоники в окрестности частоты 10 ГГц выше на ≈5 дБ уровня мощности основного колебания на частоте ≈5 ГГц. Хотя используемые в макете предлагаемого устройства транзисторы и не демонстрируют максимально возможный положительный эффект - эффективное выделение одновременно k-ой и n-ой гармоник колебаний основной частоты, они обеспечивают по сравнению с транзистором 2Т648А-5 меньшие уровни фазовых шумов устройства в целом. На фиг. 8 приведены типовые зависимости спектральной плотности мощности фазовых шумов от частоты отстройки. Измеренные на частотах ≈2.65 и ≈10.6 ГГц характеристики фазовых шумов имеют похожий (с учетом стандартных пересчетов) вид. Интервал перестройки частот при изменении управляющего напряжения от 1 до 4.5 В соответствует диапазону частот, где сохраняются режим взаимной синхронизации двух генераторов, а также связанный с ней эффект уменьшения фазовых шумов.

Таким образом, приведенный пример конкретной реализации перестраиваемого автогенератора гармоник, подтверждает возможность получения повышенных уровней мощности выделяемых одновременно k-ой и n-ой гармоник по отношению к выходной мощности колебаний основной частоты. Теоретически на основной частоте и на ее k-ой и n-ой гармониках возможно получение колебаний с приблизительно равными уровнями их выходных мощностей. Экспериментально установлено, что уровни выходной мощности колебаний одной из этих гармоник могут быть и относительно выше.

Источники информации

1. R&S FSUP Signal source analyzer / Quick start guide // Rohde & Schwarz GmbH & Co. - Germany, Munich. - 2011.

2. Баранов, А.В. Частные и обобщенные эквивалентные трехточечные схемы СВЧ автогенераторов / А.В. Баранов // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ - техника. - 2017. - Вып. 1(532). - С. 18-25.

3. Патент РФ на изобретение №2644067, МПК - 2006.01 H03B 5/12; Каскодный генератор, управляемый напряжением / Баранов А.В.; заявитель и патентообладатель АО «НПП «Салют». - №2017116009/08(027693); заявл. 04.05.2017, опубл. 07.02.2018, Бюл. №4.

Перестраиваемый автогенератор гармоник, состоящий из первого управляемого напряжением автогенератора гармоники, который выполнен на транзисторе 19, включенном по схеме с общей базой, и содержит последовательно соединенные между собой индуктивности и конденсаторы под номерами 27 и 31, 28 и 32, 29 и 34, 30 и 33 соответственно, где вторые обкладки всех конденсаторов 31-34 подключены к общей шине, а общие точки каждой пары элементов соединены с клеммами 36 и 38, 37, 39 источников подачи напряжения управления варикапом 24 и напряжений питания на электроды транзистора 19, причем анод варикапа 24 подключен к общей шине, а его катод - к свободному выводу индуктивности 27 и к конденсатору 20, второй вывод которого соединен со свободным выводом индуктивности 28 и с эмиттером транзистора 19, а его база подключена к конденсатору 21 и одновременно к индуктивности 25, соединенной последовательно с конденсатором 22, при этом вторые обкладки конденсаторов 21 и 22 присоединены к общей шине, а свободный вывод индуктивности 29 подключен к общей точке соединения индуктивности 25 и конденсатора 22, коллектор транзистора 19 имеет общий контакт и со свободным выводом индуктивности 30, и с конденсатором 35, и с индуктивностью 26, соединенной последовательно с конденсатором 23, в свою очередь, вторая обкладка конденсатора 23 подключена к общей шине, а вторая обкладка конденсатора 35 - к выходу первого перестраиваемого автогенератора гармоники, в котором величины основных элементов удовлетворяют соотношению:

где ƒ₀ - основная частота генерации устройства, k=2, 3, … - номер выделяемой гармоники, индексом «1» здесь и далее отмечены все элементы, относящиеся к первому автогенератору гармоники, С_АЭ1 - емкость перехода коллектор-эмиттер выбранного транзистора 19, C_OC1 - эквивалентная емкость работающих на основной частоте в первом автогенераторе последовательно соединенных его эмиттерного и базового контуров: эмиттерный контур образован индуктивностью 28 и емкостями варикапа 24 и конденсатора 20, базовый контур - индуктивностью 25 и конденсаторами 21 и 22, L_KK1 - эквивалентная индуктивность последовательно соединенных базового и коллекторного контуров, последний образован индуктивностью 26 и конденсатором 23 и работает в первом автогенераторе на основной частоте, С_Э1 - эквивалентная емкость эмиттерного контура, связанного при работе на k-й гармонике основного колебания с коллекторным контуром при помощи конденсатора С_АЭ1, L_Б1 - эквивалентная индуктивность базового контура, работающего на k-й гармонике основного колебания, L_K1 - эквивалентная индуктивность коллекторного контура, связанного при помощи конденсатора С_АЭ1 с эмиттерным контуром в процессе работы на k-й гармонике основного колебания, отличающийся тем, что вводится второй, выполненный по схеме первого, управляемый напряжением автогенератор гармоники, выход которого, с одной стороны, через последовательно соединенные согласованные элементы связи 64 и 65 подключен к выходу первого управляемого напряжением автогенератора гармоник, а, с другой стороны, через последовательно соединенные согласованные элементы связи 64 и 66 - к выходу устройства в целом, причем, если первый и второй автогенераторы взаимно синхронизированы на частоте ƒ₀, то величины основных элементов второго автогенератора гармоники удовлетворяют соотношению:

где n=2, 3, … - номер выделяемой при n≠k гармоники колебания с частотой ƒ₀, здесь и далее индексом «2» отмечены все элементы, относящиеся ко второму автогенератору гармоники, С_АЭ2 - емкость перехода коллектор-эмиттер второго выбранного транзистора 47, С_ОС2 - эквивалентная емкость работающих на основной частоте соединенных последовательно эмиттерного и базового контуров: эмиттерный контур образован индуктивностью 56 и емкостями варикапа 52 и конденсатора 48, базовый контур - индуктивностью 53 и конденсаторами 49 и 50, L_KK2 - эквивалентная индуктивность последовательно соединенных базового и коллекторного контуров, последний образован индуктивностью 54 и конденсатором 51 и работает во втором автогенераторе на основной частоте, С_Э2 - эквивалентная емкость эмиттерного контура, связанного при помощи конденсатора С_АЭ2 с коллекторным контуром и работающего во втором автогенераторе на n-й гармонике основного колебания nƒ₀, L_Б2 - эквивалентная индуктивность базового контура, который работает во втором автогенераторе на n-й гармонике с частотой nƒ₀, L_K2 - эквивалентная индуктивность коллекторного контура, связанного с эмиттерным контуром при помощи конденсатора С_АЭ2 в процессе работы на n-й гармонике основного колебания nƒ₀ во втором автогенераторе, вместе с тем, если в устройстве первый и второй автогенераторы взаимно синхронизированы на частоте kƒ₀, то величины основных элементов второго автогенератора гармоники удовлетворяют соотношению:

где n=2, 3, … - номер выделяемой гармоники колебания с частотой kƒ₀, С_ОС2^* - эквивалентная емкость соединенных последовательно эмиттерного и базового контуров, которые работают на основной для второго автогенератора частоте - kƒ₀, L_KK2^* - эквивалентная индуктивность последовательно соединенных базового и коллекторного контуров, работающих во втором автогенераторе на той же частоте - kƒ₀, С_Э2^* - эквивалентная емкость эмиттерного контура, связанного при помощи конденсатора С_АЭ2 с коллекторным контуром и работающего во втором автогенераторе на частоте его n-й гармоники - nkƒ₀, L_Б2^* - эквивалентная индуктивность базового контура, который во втором автогенераторе работает на частоте его n-й гармоники - nkƒ₀, L_K2^* - эквивалентная индуктивность коллекторного контура, связанного с эмиттерным контуром при помощи конденсатора С_АЭ2 в процессе работы на частоте гармоники nkƒ₀ во втором автогенераторе.