CS209008B1 - Zapojení přeladitelného mikrovlnného oscilátoru s Gunnovou diodou - Google Patents

Abstract

Zapojení přeladitelného mikrovlnného osciláto-& ru s Gunnovou diodou umístěnouve vlnov<jíjcfyéih > vedení se vyznačuje výrazným potlačériím frekvenčních závislostí parazitních impedancí obvodu oscilátoru a tíih rozšířením přeladitelnosti oscilátoί ru při zachování výstupního výkonu. Jeho podstata , spočívá v tom, zě kolík (3) přivádějící na Gunnovu I diodu (1) stejnosměrné napájecí napětí a vybuzují- ■ cí vysokofrekvenční elektromagnetické pole ve i vlnovodu (2) je pro vysokofrekvenčnísignál gene- ί rovaný Gunnovou diodou (1) v místě průchodu , stěnou vlnovodu (2) bezodrazově zakončen úse- 1 kem koaxiálního vedení (4) nízké charakteristické impedance, který zabraňuje pronikánívysokofrekvenčního signálu do napájecího obvodu. Snížený j vlnovod (2) je na jedné straně ohraničen ve vzdálenosti (L) od Gunnovy diody (1) posuvným vlnovodovým zkratem (5) a na druhé straně přechází klínovým impedančním vlnovodovým transformátorem (7) do normalizovaného vlnovodu (6), který tvoří výstup oscilátoru. Toto zapojení oscilátoru najde použití nejeripři proměřování frekvenčních závislostí, ale i při všech dalších měřeních v pásmech centimetrových a milimetrových vln.

Description

^2aP°jenl přeladltelného mikrovlnného oscilátoru s Gunnovoudiodou ve vlnovodovém provedení s cflem dosažení přeladitelnosti výstupní frekvence. Oscilátor tohoto typu jepouži! telný především jako součást mikrovlnných měřících souprav.

Základním problémem při návrhu obvodů mikrovlnných přeladitelných generátorů je zajistit v požadovaném oboru frekvencí potlačení všech parazitních frekvenčních závislostí impedancí prvků obvodu a umožnit tak spojitou změnu frekvence oscilací v celém širokém intervalu ladění!^ jediného proměnného prvku, a to bez podstatné změny generovaného mikrovlnného výkonu.

tj dosavadních úspěšných řešení široce přeladitelných generátorů s Gunnovou diodou jsou používány různé koaxiální typy oscilátorů, zejména na nižších frekvenčních pásmech do 18 GHz..

Úruhým dosud známým typem řešení jsou oscilátory v základním vlnovodovém zapojení. Gunnova dioda je zde umístěna uprostřed širší stěny obdélníkového vlnovodu a stejnosměrné napájecí napětí je na ni přiváděno kolíkem, který současně vybUzuje vysokofrekvenční elektromagnetické pole ye vlnovodu. Ladění je prováděno vlnovodovým pístem. Pronikání vysokofrekvenčního signálu do napájecího obvodu je zamezeno vysokofrekvenčním zkratem, který je realizován radiálními nebo koaxiálními tlumivkami v místě, kde napájecí kolík prochází stěnou vlnovodu. Parazitní indukčnost kolíku je pak zmenšována zvětšením jeho průměru a zkrácením jeho délky snížením vlnovodu, parazitní veličiny pouzdra Gunnovy diody jsou kompenzovány úsekem radiálního vedení tvořeným čelem kolíku a spodní částí pouzdra Gunnovy ; diody.

Třetím typem zapojení obvodu oscilátoru, které | je úspěšně používáno pro lavinové diody, je obvod i předchozího vlnovodového typu s rezonančním kotoučkem. Toto řešení používá k vhodné transformaci impedance aktivního prvku úseku radiálního vedení, který je tvořen stěnou vlnovodu a rezonančním kotoučkem, který je umístěn na konci kontaktovacího kolíku u lavinové diody.

Vzhledem k tomu, že v pásmech centimetrových a milimetrových vln převládá vlnovodová měřicí technika, je používání koaxiálních typů oscilátorů méně vhodné. Nutnost přechodů zbytečně komplikuje konstrukci a omezuje frekvenční rozsah. Potíže přitom narůstají zejména na frekvenčních pásmech nad 18 GHz.

Výhodou druhého popsaného řešení je jeho | konstrukční jednoduchost a vysoký výstupní vý! kon. Nevyřešeným problémem je zde však realizace vysokofrekvenčnihó zkratu na konci koliku ί v širším pásmu frekvencí. Používané radiální či koaxiální tlumivky jsou totiž obvody resonanční a jejich impedance roste při podstatnější odchylce ! od frekvence, pro niž jsou navrženy. To se projeví i jako rostoucí parazitní impedance v sérii s indukč; ností kolíku, dochází ke zmenšování vlivu ladícího ί pístu na frekvenci generátoru, rychle se zmenšuje

výstupní výk<i tohoto typu v užším frekvenčttím interva Třetí popsané řeJení,s_rrezónančnfm kotoučkem

dání pft zachování celkové konstrukční jednoduchosti.Avšak při použití jako aktivního prvků Gunnových diod,: jejichž impedance iě několikanásobné vyšší než u diod lavinových, zriačně poklesne výstupní výkrm oscilátoru. ' '

Účelem vynálezu je odstranění nedostatků současného stavu techniky. Výše uvedené nedostatky dosud známých .řešení odstraňuje podle tohoto vynálezu, zapojení přeladitelného mikrovlnného oscilátoru s Gunnovou diodou, jehož podstata spočívá v tom, že kolík přivádějící na Gunnovu diodu stejnosměrné napájecí napětí a vybuzující vysokofrekvenční elektromagnetické pole ve vlnovodu je pro vysokofrekvenční signál generovaný Gunnovou diodou zakončen v místě průchodu stěnou vlnovodu bezodrazově zakončeným úsekem koaxiálního vedení nízké charakteristické impedance.

Pokrok dosažený vynálezem spočívá v dosažení vyššího účinku ve srovnání s dosud známými řešeními. Zapojení umožňuje důslednou eliminací parasitních frekvenčně závislých impedancí obvodu'výrazně rozšířit frekvenční přeladitelnost oscilátoru při zachování jeho výstupního výkonu. Zapojení podle vynálezu představuje snížení konstrukční náročnosti, nebof odpadá nutnost výroby koaxiálních a radiálních tlumivek, jejichž nároky ná přesnost výroby při jejich malých rozměrech rostou úměrně s rostoucí frekvencí a zejména v pásmech nad 18 GHz znamenají citelné výrobní komplikace. Vyšší přeladitelnost oscilátoru znamená snížení počtu oscilátorů na pokrytí určitého frekvenčního pásma. Další výhodou je značná časová úspora, která vzniká při práci s měřicí mikrovlnnou soupravou, nebof odpadá zdlouhavé dolaďování výstupního výkonu při každé změně frekvence nebo i dokonce výměna zdroje signálu.

Zapojení mikrovlnného oscilátoru bude následovně blíže popsáno v příkladovém provedení ’ s pomoeí^řipojenýeh vyobrazení, kde obr. 1 představuje v podélném řezu konkrétní příklad zapojení přeladitelného mikrovlnného oscilátoru g Gunnovou diodou, obr. 2 představuje zjednodušené blokové schéma zapojení přeladitelného mikrovlnného oscilátoru s Gunnovou diodou.

Přeladitelný mikrovlnný oscilátor podle vynálezu sestává z Gunnovy diody 1, která je umístěna uprostřed širší stěny sníženého vlnovodu 2. Stejnosměrné napětí je na ní přiváděno kolíkem 3. Pro vysokofrekvenční signál generovaný Gunnovou ) diodou 1 je kolík 3 zakončen úsekem bezodrazově zakončeného koaxiálního vedení 4 nízké charakteristické impedance který zabraňuje pronikání vysokofrekvenčního signálu do napájecího obvodu. Kolík 3 rovněž vybuzuje vysokofrekvenční elektromagnetické pole v úseku sníženého vlnovo-

áu í, který je na jedné straně ohraniČen ve vzdálenosti L od Gunnovy diody 1 posuvným vlnovodovým zkratem 5» na druhé straně přechází klínovým impedančním vlnovodovým transformátorem 7 do normalizovaného vlnovodu 6, který tvoří výstup oscilátoru. Podle blokového schématu obvodu oscilátoru na obr. 2 je impedance transformovaná podél vlnovodu do roviny Gunnovy diody, tj. mezi uzly A a B, tvořena paralelní kombinací impedance zátěže oscilátoru Z₆ - která je po transformaci klínovým impedančním vlnovodovým transformátorem 7 rovna charakteristické impedanci sníženého vlnovodu — a impedance Z₅ zkratovaného vedení o délce L. Pro délku L, přibližně rovnou λ/2 je Z_s blízká nule, což má za následek možnost vybuzení oscilací s vlnovou délkou λ. Pro s ostatní vlnové délky pásma je paralelní kombinace impedancí Z₂ a Z_s, přičemž Z₂ je impedance zátěže oscilátoru Z₆ transformovaná klínovým impedančním vlnovodovým transformátorem 7, mnohem větší než absolutní hodnota impedance Gunnovy diody Z_x a oscilace nemohou nastat. O tom, zda se oscilace s vlnovou délkou skutečně vybudí, rozhoduje celková velikost para209008 zítnícíilmpedanÍ^T0Írtlsou v sfall s impedancí Gunnovy diody Z_t mezi uzly A a B. Parazitní indukčnost Zj kolíku 3 je proto zmenšena jednak zvětšením tloušťky kolíky 3, jednak snížením vlnovodu 2 a z toho plynoucím zkrácením kolíku 3. Vstupní impedance bezodrazově zakončeného úseku koaxiálního vedení 4 je rovna charakteristické impedanci tohoto koaxiálního vedení Z₄. Je tedy malá a v širokém frekvenčním rozsahu prakticky nezávislá na frekvenci. K další optimalizaci zatěžovací impedance Gunnovy diody a k vykompenzování frekvenční závislosti parazitních veličin pouzdra Gunnovy diody Ze ve zvoleném frekvenčním intervalu slouží úsek radiálního vedení tvořený čelem kolíku 3 a spodní části pouzdra Gunnovy diody 1.

Vzhledem k výhodným vlastnostem zapojení oscilátoru, zejména podstatně vyšší frekvenční přeladitelnosti při zachování maximálního výstupního výkonu -a spojitému ladění jediným ladicím prvkem, najde toto zapojení uplatnění nejen při proměřování frekvenčních závislostí, ale i při všech dalších měřeních v pásmech centimetrových a milimetrových.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU ' Zapojení přeladitelného mikrovlnného oscilátoru s Gunnovu diodou umístěnou ve vlnovodu, na níž je přiváděno stejnosměrné napětí kolíkem, který zasahuje do vlnovodu a zároveň v něm vybuzuje vysokofrekvenční elektromagnetické poTě, vyznačené tím, že kolík (3) je pro vysokofrekvenční signál z Gunnovy diody (1) zakončen v místě průchodu stěnou vlnovodu (2) bezodrazově zakončeným úsekem koaxiálního vedení (4) nízké charakteristické impedance (Z4).