RU2015103589A

RU2015103589A - Способ генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов и устройство его реализации

Info

Publication number: RU2015103589A
Application number: RU2015103589A
Authority: RU
Inventors: Александр Афанасьевич Головков; Александр Владиславович Рагозин; Александр Александрович Чаплыгин; Александр Германович Волобуев
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2016-08-20
Also published as: RU2599533C2

Abstract

1. Способ генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов, основанный на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, взаимодействии высокочастотного сигнала с цепью прямой передачи, выполненной из трехполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника, нагрузкой и цепью внешней обратной связи, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемых высокочастотных сигналов, условий согласования цепи прямой передачи с нагрузкой и условий согласования нагрузки с управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента, изменении частоты генерируемых колебаний по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего сигнала путем соответствующего изменения баланса фаз, отличающийся тем, что четырехполюсник выполняют резистивным, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный четырехполюсник, подключенный к трехполюсному нелинейному элементу по параллельно-последовательной схеме, трехполюсный нелинейный элемент и цепь обратной связи как единый узел каскадно включают между выходом резистивного четырехполюсника и нагрузкой, нагрузку выполняют в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, к входу резистивного четырехполюсника в поперечную цепь подключают второй двухполюсник с комплексным сопротивлением, имитирующим сопротивление источника сигнала генератора в режиме усиления, условия возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз и условия согласования выполняют при квазилинейной зависимости частоты генерации от

Claims

1. Способ генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов, основанный на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, взаимодействии высокочастотного сигнала с цепью прямой передачи, выполненной из трехполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника, нагрузкой и цепью внешней обратной связи, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемых высокочастотных сигналов, условий согласования цепи прямой передачи с нагрузкой и условий согласования нагрузки с управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента, изменении частоты генерируемых колебаний по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего сигнала путем соответствующего изменения баланса фаз, отличающийся тем, что четырехполюсник выполняют резистивным, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный четырехполюсник, подключенный к трехполюсному нелинейному элементу по параллельно-последовательной схеме, трехполюсный нелинейный элемент и цепь обратной связи как единый узел каскадно включают между выходом резистивного четырехполюсника и нагрузкой, нагрузку выполняют в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, к входу резистивного четырехполюсника в поперечную цепь подключают второй двухполюсник с комплексным сопротивлением, имитирующим сопротивление источника сигнала генератора в режиме усиления, условия возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз и условия согласования выполняют при квазилинейной зависимости частоты генерации от амплитуды управляющего сигнала за счет выбора частотных зависимостей мнимых составляющих сопротивлений источника сигнала в режиме усиления x₀ и нагрузки x_н из условия обеспечения режима возбуждения генерации в виде равенства нулю мнимой составляющей и равенства неположительному числу δ≤0 действительной составляющей знаменателя коэффициента передачи в режиме усиления в заданной полосе изменения частоты и заданном диапазоне изменении амплитуды низкочастотного управляющего сигнала в соответствии со следующими математическими выражениями:

где X=AB₀-BA₀; Y=AD₀+CB₀-(D-δ)A₀-BC₀; Z=CD₀-(D-δ)C₀;

A₀=-x₁₁; B₀=r₁₁(r₀+β)+α+γr₀; C₀=(r_н-r₂₂)γ+r₁₁r_н-A₁; D₀=(x₁₁r_н-B₁)(r₀+β)-(α+γr₀)x₂₂;

A=-(r₁₁+γ); B=-x₁₁(r₀+β)₁; C=x₁₂₂γ-r_нx₁₁+B₁; D=(r_н-r₂₂)(α+γr₀)+(r₀+β)(r₁₁r_н-A₁);

A₁=r₁₁r₂₂-x₁₁x₂₂-r₁₂r₂₁+x₁₂x₂₁; B₁=r₁₁x₂₂+x₁₁r₂₂-r₁₂x₂₁-x₁₂x₂₁;

- заданные зависимости отношений соответствующих элементов классической матрицы передачи от частоты на заданной полосе частот; a, b, c, d - элементы классической матрицы передачи резистивного четырехполюсника; r₀, r_н - заданные зависимости действительных составляющих сопротивлений источника входного высокочастотного сигнала генератора в режиме усиления и нагрузки от частоты на заданной полосе частот; x₀, x_н - оптимальные значения мнимых составляющих сопротивлений источника входного высокочастотного сигнала генератора в режиме усиления и нагрузки от частоты на заданной полосе частот; r₁₁, x₁₁, r₁₂, x₁₂, r₂₁, x₂₁, r₂₂, x₂₂ - заданные суммарные зависимости действительных и мнимых составляющих элементов смешанной матрицы F трехполюсного нелинейного элемента от частоты на заданной полосе частот при соответствующем изменении амплитуды низкочастотного управляющего сигнала и соответствующих зависимостей действительных и мнимых составляющих элементов смешанной матрицы F цепи внешней обратной связи от частоты на заданной полосе частот ƒ₁₁=r₁₁+jx₁₁, ƒ₁₂=r₁₂+jx₁₂, ƒ₂₁=r₂₁+jx₂₁, ƒ₂₂=r₂₂+jx₂₂.

2. Устройство генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов, состоящее из источника постоянного напряжения и низкочастотного управляющего сигнала, цепи прямой передачи из трехполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника, нагрузки и цепи внешней обратной связи, отличающееся тем, что четырехполюсник выполнен резистивным в виде произвольного соединения резистивных двухполюсников, в качестве цепи внешней обратной связи использован произвольный четырехполюсник, подключенный к трехполюсному нелинейному элементу по параллельно-последовательной схеме, трехполюсный нелинейный элемент и цепь обратной связи как единый узел каскадно включены между выходом резистивного четырехполюсника и нагрузкой, нагрузка выполнена в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, к входу резистивного четырехполюсника в поперечную цепь подключен второй двухполюсник с комплексным сопротивлением, имитирующим сопротивление источника сигнала генератора в режиме усиления, мнимые составляющие сопротивления источника сигнала в режиме усиления x₀ и сопротивления нагрузки x_н реализованы в виде реактивных двухполюсников, выполненных в виде последовательно соединенных параллельного контура из элементов с параметрами L_1k, C_1k и последовательного контура из элементов с параметрами L_2k, C_2k, причем значения этих параметров определены из условия обеспечения стационарного режима генерации на четырех частотах генерируемого сигнала и соответствующих четырех значениях амплитуды низкочастотного управляющего сигнала с помощью следующих математических выражений:

где A₃=A₂C₄-A₄C₂; B₃=A₂D₄+B₂C₄-A₄D₂-B₄C₂; C₃=B₂D₄-B₄D₂;

X_mk=x_mk;

X=AB₀-BA₀; Y=AD₀+CB₀-(D-δ)A₀-BC₀; Z=CD₀-(D-δ)C₀;

A₀=-x_11m; B₀=r_11m(r_0m+β)+α+γr_0m; C₀=(r_нm-r_22m)γ+r_11mr_нm-A₁; D₀=(x_11mr_нm-B₁)(r_0m+β)-(α+γr_0m)x_22m;

A=-(r_11m+γ); B=-x_11m(r_0m+β); C=x_22mγ-r_нmx_11m+B₁; D=(r_нm-r_22m)(α+γr_0m)+(r_0m+β)(r_11mr_нm-A₁);

A₁=r_11mr_22m-x_11mx_22m-r_12mr_21m+x_12mx_21m; B₁=r_11mx_22m+x_11mr_22m-r_12mx_21m-x_12mx_21m;

- заданные значения отношений соответствующих элементов классической матрицы передачи на заданных частотах; a, b, c, d - элементы классической матрицы передачи выбранного типового резистивного четырехполюсника; r_0m, r_нm - заданные значения действительных составляющих сопротивлений источника входного высокочастотного сигнала генератора в режиме усиления и нагрузки на заданном количестве частот; x_m0, x_mн - оптимальные значения мнимых составляющих сопротивлений источника входного высокочастотного сигнала генератора в режиме усиления и нагрузки на заданном количестве частот; r_11m, x_11m, r_12m, x_12m, r_21m, x_21m, r_22m, x_22m - заданные суммарные значения действительных и мнимых составляющих элементов смешанной матрицы F трехполюсного нелинейного элемента при заданных четырех значениях амплитуды управляющего сигнала и соответствующих действительных и мнимых составляющих элементов смешанной матрицы F цепи внешней обратной связи на заданных частотах ƒ_11m=r_11m+jx_11m, ƒ_12m=r_12m+jx_12m,

ƒ_21m=r_21m+jx_21m, ƒ_22m=r_22m+jx_22m; m=1, 2, 3, 4 - номера частот; δ≤0 - условие возбуждения колебаний; ω_1,2,3,4=2π ƒ_1,2,3,4; ƒ_1,2,3,4 - заданные частоты; k=0, н - индекс, характеризующий принадлежность параметров к формированию двухполюсников с сопротивлениями X_mk=x_mk.