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 +Епит 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 +Еупр, 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 СКЭ, 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 - САЭ или емкостью «коллектор-эмиттер» транзистора СКЭ. Элемент 41 представляет собой емкость «обратной связи» - СОС 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» LKK. 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 СЭ эмиттерного контура, связанного при работе на k-ой гармонике основного колебания с коллекторным контуром при помощи конденсатора СКЭ. Элементы 45, 46 представляют собой эквивалентную индуктивность LБ базового контура, работающего на k-ой гармонике основного колебания, и, соответственно, эквивалентную индуктивность LК коллекторного контура, связанного при помощи конденсатора СКЭ 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, САЭ1 - емкость перехода коллектор-эмиттер выбранного транзистора 19, COC1 - 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, LKK1 - эквивалентная индуктивность последовательно соединенных базового и коллекторного контуров, последний образован индуктивностью 26 и конденсатором 23 и работает в первом автогенераторе на основной частоте, СЭ1 - эквивалентная емкость эмиттерного контура, связанного при работе на k-ой гармонике основного колебания с коллекторным контуром при помощи конденсатора САЭ1, LБ1 - эквивалентная индуктивность базового контура, работающего на k-ой гармонике основного колебания, LK1 - эквивалентная индуктивность коллекторного контура, связанного при помощи конденсатора САЭ1 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, САЭ2 - емкость перехода коллектор-эмиттер второго выбранного транзистора 47, СОС2 - 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, LKK2 - эквивалентная индуктивность последовательно соединенных базового и коллекторного контуров, последний образован индуктивностью 54 и конденсатором 51 и работает во втором автогенераторе на основной частоте, СЭ2 - эквивалентная емкость эмиттерного контура, связанного при помощи конденсатора САЭ2 с коллекторным контуром и работающего во втором автогенераторе на n-ой гармонике основного колебания nƒ0, LБ2 - эквивалентная индуктивность базового контура, который работает во втором автогенераторе на n-ой гармонике с частотой nƒ0, LK2 - эквивалентная индуктивность коллекторного контура, связанного с эмиттерным контуром при помощи конденсатора САЭ2 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, COC2* - эквивалентная емкость соединенных последовательно эмиттерного и базового контуров, которые работают на основной для второго автогенератора частоте - kƒ0, LKK2* - эквивалентная индуктивность последовательно соединенных базового и коллекторного контуров, работающих во втором автогенераторе на той же частоте - kƒ0, СЭ2* - эквивалентная емкость эмиттерного контура, связанного при помощи конденсатора САЭ2 с коллекторным контуром и работающего во втором автогенераторе на частоте его n-ой гармоники - nkƒ0, LБ2* - эквивалентная индуктивность базового контура, который во втором автогенераторе работает на частоте его n-ой гармоники - nkƒ0, LK2* - эквивалентная индуктивность коллекторного контура, связанного с эмиттерным контуром при помощи конденсатора САЭ2 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 СКЭ1 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 СКЭ2 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 ƒ00102, 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 СКЭ1 и СКЭ2 использовано значение емкости перехода коллектор-эмиттер СКЭ=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, САЭ1 - емкость перехода коллектор-эмиттер выбранного транзистора 19, COC1 - 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, LKK1 - эквивалентная индуктивность последовательно соединенных базового и коллекторного контуров, последний образован индуктивностью 26 и конденсатором 23 и работает в первом автогенераторе на основной частоте, СЭ1 - эквивалентная емкость эмиттерного контура, связанного при работе на k-й гармонике основного колебания с коллекторным контуром при помощи конденсатора САЭ1, LБ1 - эквивалентная индуктивность базового контура, работающего на k-й гармонике основного колебания, LK1 - эквивалентная индуктивность коллекторного контура, связанного при помощи конденсатора САЭ1 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, САЭ2 - емкость перехода коллектор-эмиттер второго выбранного транзистора 47, СОС2 - 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, LKK2 - эквивалентная индуктивность последовательно соединенных базового и коллекторного контуров, последний образован индуктивностью 54 и конденсатором 51 и работает во втором автогенераторе на основной частоте, СЭ2 - эквивалентная емкость эмиттерного контура, связанного при помощи конденсатора САЭ2 с коллекторным контуром и работающего во втором автогенераторе на n-й гармонике основного колебания nƒ0, LБ2 - эквивалентная индуктивность базового контура, который работает во втором автогенераторе на n-й гармонике с частотой nƒ0, LK2 - эквивалентная индуктивность коллекторного контура, связанного с эмиттерным контуром при помощи конденсатора САЭ2 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, СОС2* - эквивалентная емкость соединенных последовательно эмиттерного и базового контуров, которые работают на основной для второго автогенератора частоте - kƒ0, LKK2* - эквивалентная индуктивность последовательно соединенных базового и коллекторного контуров, работающих во втором автогенераторе на той же частоте - kƒ0, СЭ2* - эквивалентная емкость эмиттерного контура, связанного при помощи конденсатора САЭ2 с коллекторным контуром и работающего во втором автогенераторе на частоте его n-й гармоники - nkƒ0, LБ2* - эквивалентная индуктивность базового контура, который во втором автогенераторе работает на частоте его n-й гармоники - nkƒ0, LK2* - эквивалентная индуктивность коллекторного контура, связанного с эмиттерным контуром при помощи конденсатора САЭ2 в процессе работы на частоте гармоники nkƒ0 во втором автогенераторе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии изготовления кристаллов для энергетической и вибрационной лечебной терапии, использующей драгоценные камни. Кристалл синтетического кварца имеет модифицированную форму правильного тетраэдра и содержит четыре по существу одинаковые треугольные грани, выполненные с возможностью задания четырех усеченных вершин и шести скошенных ребер, при этом шесть скошенных ребер имеют среднюю длину l, среднюю ширину w и 8≤l/w≤9,5; каждая из четырех усеченных вершин кристалла параллельна по меньшей мере одной из четырех по существу идентичных треугольных граней и содержит три стороны y и три стороны z, причем 1,3≤у/w≤1,7 и 0,8≤z/w≤1,2.

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться в кварцевых генераторах. Технический результат - снижение чувствительности кварцевого резонатора к действию механического фактора - ускорению.

Изобретение относится к радиоэлектронике, а именно к кварцевым пьезоэлементам, являющимся основой высокостабильных кварцевых резонаторов или генераторов, а более точно изобретение относится к кварцевым пьезоэлементам среза AT, изготовленным по третьей механической гармонике на частоты от 20 до 120 МГц.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для изготовления кварцевых резонаторов двухповоротных срезов для использования в генераторах высокостабильных электрических колебаний.

Изобретение относится к технике стабилизации частоты и может быть использовано при разработке высокостабильных кварцевых генераторов. .

Изобретение относится к вибрирующей пластине и к генератору, имеющему такую пластину. .

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может использоваться в устройствах стабилизации частоты кварцевых генераторов. .

Изобретение относится к области радиоэлектроники. .

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может использоваться в устройствах стабилизации частоты. .

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в устройствах стабилизации частоты. .

Испытательная система для испытания образца содержит (а) набор воздействующих элементов для приложения нагрузки к образцу в соответствии с требуемой временной диаграммой, (b) приводной узел, соединенный с каждым воздействующим элементом, (с) элементы, генерирующие мощность (электрическую/пневматическую/гидравлическую) и (d) контроллер, соединенный с приводными узлами, при этом контроллер генерирует управляющий сигнал для приводного узла на основе обратной связи, полученной от образца, и ошибки, рассчитанной по обратной связи и входной команде.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в различной приемо-передающей радиоаппаратуре. Технический результат заключается в повышении уровня мощности выделяемой гармоники перестраиваемых генераторов по отношению к выходной мощности колебаний их основной частоты.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника синусоидальных колебаний, в том числе в интегральных схемах. Техническим результатом предлагаемого RC-генератора является повышение максимальной частоты формируемых синусоидальных колебаний и уменьшение уровня нелинейных искажений выходного сигнала.

Генератор // 2619714
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности, в пьезорезонансных датчиках.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности в пьезорезонансных датчиках.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности в пьезорезонансных датчиках.

Генератор // 2504892
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, стабилизированных электромеханическими резонаторами, в частности в пьезорезонансных датчиках.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к высокочастотным кварцевым генераторам, и может быть использовано в качестве задающего устройства для формирования опорных сигналов гетеродинов когерентных радиолокационных систем сантиметрового и миллиметрового диапазона волн с низким уровнем фазовых шумов.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к генераторам с кварцевым резонатором. Технический результат заключается в обеспечении низкого уровня фазового шума выходного сигнала при постоянном уровне выходной мощности.

Генератор // 2490779
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для генерации электрических сигналов, в частности в пьезорезонансных датчиках. .

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.

Наверх