RU2183045C1 - Генератор - Google Patents
Генератор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2183045C1 RU2183045C1 RU2001100579A RU2001100579A RU2183045C1 RU 2183045 C1 RU2183045 C1 RU 2183045C1 RU 2001100579 A RU2001100579 A RU 2001100579A RU 2001100579 A RU2001100579 A RU 2001100579A RU 2183045 C1 RU2183045 C1 RU 2183045C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- diode
- shaped conductor
- varicap
- generator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиотехнике, конкретно к диодным генераторам миллиметрового диапазона длин волн. Техническим результатом является упрощение настройки за счет обеспечения широких пределов согласования импедансов диода и волновода, унификация конструкции при генерации гармоник, уменьшение нестабильности частоты за счет повышения добротности резонансной цепи, а также расширение возможностей управления диапазоном перестройки частоты. Генератор содержит установленную в волновод структуру в виде двух отдельных изолированных планарных элементов. Элемент, связанный с генераторным диодом, выполнен в виде Г-образного двуплечего проводника. Первое плечо, шириной менее половины высоты волновода, ориентировано параллельно оси волновода и соединено концом с генераторным диодом. Второе плечо проведено ортогонально в прорезь широкой стенки волновода. Элемент, связанный с варикапом, выполнен в виде П-образного проводника, в разрыв которого включен варикап. П-образный проводник частично перекрывает второе плечо Г-образного проводника. Для дополнительного расширения диапазона перестройки частоты генератора варикап выполнен в виде микросборки из четного числа диодов, соединенных встречно-последовательно по высокой частоте и параллельно по постоянному току. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к радиотехнике, конкретно к диодным генераторам миллиметрового диапазона длин волн.
Известен ряд конструкций диодных генераторов миллиметрового диапазона [1, 2] . Они подразделяются на две разновидности: с объемными резонансными структурами и с планарными резонансными структурами.
Основой конструкции волноводного генератора с объемной резонансной структурой является отрезок волновода с внедренными в него механическими узлами крепления диода и подвода смещения к нему, включая заграждающий фильтр. Пример конструкции генератора с объемной структурой приведен в [1], рис. 3.4б.
Такие конструкции сложны в изготовлении и механически неустойчивы при работе в широком диапазоне температур, поскольку при расширении разнородных материалов неизбежно их взаимное проскальзывание, сопровождаемое скачками частоты.
Основой конструкции волноводного генератора с планарной структурой является планарная проводящая структура, размещенная в волноводе перпендикулярно его широкой стенке. Примеры генераторов с планарной структурой приведены в [2] , рис.3в, рис.7. Как правило, волновод выполняют разрезанным симметрично по широкой стенке и планарную структуру зажимают между двумя половинами. Выполнение планарной структуры менее трудоемко, поскольку допускает применение штамповки или литографии. Кроме того, в силу меньших размеров, ограниченных высотой волновода, и плотной фиксации между половинами волновода, планарная структура меньше подвержена температурным деформациям. По этим причинам планарные конструкции предпочтительнее объемных.
В связи с возрастающими требованиями к стабильности и/или точности установки частоты генераторов они по необходимости снабжаются средствами перестройки частоты. Основным средством перестройки является варикап, включенный в резонансную цепь генератора. Примеры объемных конструкций генераторов с варикапами приведены в [2], рис.9б, 10а.
Среди близких аналогов предлагаемому техническому решению могут быть указаны:
1. Генератор [2] , рис.3в, содержащий резонансную систему в виде пластины, перпендикулярной широкой стенке волновода.
1. Генератор [2] , рис.3в, содержащий резонансную систему в виде пластины, перпендикулярной широкой стенке волновода.
2. Генератор [3], содержащий установленную в симметрично разрезанный по широкой стенке волновод планарную структуру с включенными в нее генераторным диодом и варикапом.
Заявители считают последнее техническое решение наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту и предлагают его в качестве прототипа.
Недостатками прототипа являются:
а) сложность настройки, обусловленная необходимостью коррекции геометрических размеров из-за разброса индивидуальных параметров диодов,
б) сложность адаптации схемы для генерации гармоник, обусловленная необходимостью независимых подстроек на основной частоте и на гармонике,
в) нестабильность частоты, обусловленная низкой добротностью резонансной цепи,
г) ограниченные возможности управления диапазоном перестройки частоты, что обусловлено топологической привязкой места монтажа варикапа в конкретной планарной структуре.
а) сложность настройки, обусловленная необходимостью коррекции геометрических размеров из-за разброса индивидуальных параметров диодов,
б) сложность адаптации схемы для генерации гармоник, обусловленная необходимостью независимых подстроек на основной частоте и на гармонике,
в) нестабильность частоты, обусловленная низкой добротностью резонансной цепи,
г) ограниченные возможности управления диапазоном перестройки частоты, что обусловлено топологической привязкой места монтажа варикапа в конкретной планарной структуре.
Кроме того, возможности управления частотой в известном генераторе ограничены диапазоном допустимых напряжений на варикапе. С одной стороны ограничение обусловлено областью прямых токов через варикап, с другой стороны - конечной величиной пробивного напряжения. Чем больше генерируемая мощность и соответственно амплитуда колебаний на варикапе, тем меньший диапазон значений постоянного напряжения доступен для управления частотой.
Аналоги, обладающие признаками, обеспечивающими преодоление указанных недостатков, заявителям неизвестны.
Задачами предлагаемого изобретения являются: упрощение настройки за счет обеспечения широких пределов согласования импедансов диода и волновода, унификация конструкции при генерации гармоник, уменьшение нестабильности частоты за счет повышения добротности резонансной цепи, а также расширение возможностей управления диапазоном перестройки частоты.
В соответствии с поставленной задачей в известном генераторе, содержащем установленную в симметрично разрезанный по широкой стенке волновод планарную структуру с включенными в нее генераторным диодом и варикапом, указанная структура выполнена в виде двух отдельных планарных элементов, разделенных изолирующим слоем, планарный элемент, связанный с генераторным диодом, выполнен в виде Г-образного проводника, первое плечо Г-образного проводника, шириной менее половины высоты волновода, ориентировано параллельно оси волновода и соединено концом с генераторным диодом, второе плечо проведено ортогонально в продольную прорезь, выполненную в середине широкой стенки волновода, отделено от нее изолирующими слоями и соединено с источником питания диода, планарный элемент, связанный с варикапом, выполнен в виде снабженного изолирующим слоем П-образного проводника, в разрыв которого включен варикап, при этом расстояние от края первого плеча Г-образного проводника до широкой стенки волновода выбирают в пределах 0,2-0,3 мм, ширину второго плеча выбирают в пределах 0,2-0,4 длины волны в волноводе, а место установки П-образного проводника выбирают так, чтобы он по крайней мере частично перекрывал второе плечо Г-образного проводника. Для дополнительного расширения диапазона перестройки частоты генератора варикап выполнен в виде микросборки из четного числа диодов, расположенных на изолирующей подложке и соединенных встречно-последовательно, аноды диодов соединены индуктивными проводниками с отрицательным полюсом источника постоянного смещения, а катоды - аналогичными проводниками с положительным полюсом того же источника.
На фиг.1 представлен генератор; на фиг.2 - вариант размещения генераторного диода в торцевом короткозамыкателе; на фиг.3 - пример схемы соединения варикапов; на фиг.4 - пример топологии диодной микросборки.
Связь заявляемых признаков с возможностью осуществления задач изобретения обусловлена следующим.
1. Выполнение планарного элемента, связанного с генераторным диодом, в виде Г-образного проводника с указанным выше расположением плеч обеспечивает создание высокодобротного резонатора, включающего реберную линию, которая образована зазором между краем первого плеча Г-образного проводника, и широкой стенкой волновода, и шунтирующей перемычкой, которая образована вторым плечом вместе с емкостью изолирующих слоев. Длина линии от диода до шунтирующей перемычки определяет частоту резонанса и соответственно частоту генерации, изменение длины обеспечивает адаптацию к индивидуальным реактивным параметрам диода. Реактивность перемычки служит элементом связи резонансного контура с волноводом. Ввиду распределенного характера реактивной связи ширина перемычки может характеризоваться произвольными значениями коэффициента трансформации, что обеспечивает адаптацию резонансной структуры к индивидуальным активным параметрам диода. Высокая добротность, реализуемая в заявляемой планарной структуре, снижает степень зависимости частоты генерации от изменения параметров диода при воздействии дестабилизирущих факторов. Экспериментально установлено, что температурный коэффициент частоты генерации в заявляемой конструкции приближается к величине, определяемой коэффициентом линейного расширения материала волновода.
2. Наряду с адаптацией к индивидуальным параметрам диода на основной частоте Г-образный планарный элемент одновременно обеспечивает резонансы на гармониках, поскольку в реберной линии распространяется квази-ТЕМ волна, имеющая слабую дисперсию. Полуволновая резонансная мода в линии на первой гармонике сочетается с второй модой по второй гармонике и т.д. Генератор гармоники реализуется путем помещения той же самой структуры в волновод, запредельный для основной частоты. Эффективность генерации гармоники обеспечивается большим размахом напряжения и тока в генераторе, зашунтированнном на основной частоте.
3. Выполнение планарного элемента, связанного с варикапом, в виде П-образного проводника с указанным выше расположением обеспечивает произвольный выбор степени включения варикапа в резонансную цепь генератора. Включение минимально при размещении структуры с варикапом в области ближнего к генераторному диоду края второго плеча Г-образного проводника и максимально при размещении в области дальнего от генераторного диода края. Этим достигается расширение возможности управления диапазоном перестройки частоты.
4. Выбор размеров зазора реберной линии и ширины перемычки в заявленных пределах определены экспериментально по критериям достижения максимальной мощности и стабильности частоты генерации.
5. Выполнение варикапа в виде диодной сборки с указанной коммутацией индуктивных проводников обеспечивает соединение диодов последовательно по высокой частоте и параллельно по управляющему напряжению, что позволяет малыми напряжениями смешения управлять высокочастотными сигналами большой амплитуды.
Изобретение поясняется графическими иллюстрациями фиг.1-3.
На фиг. 1 схематически приведена конструкция генератора, состоящего из симметрично разрезанного по широкой стенке волновода 1, в котором установлены планарные элементы, связанные с генерирующим диодом 2 и варикапом 3.
Планарный элемент генератора имеет вид Г-образного проводника, первое плечо 4 которого, шириной менее половины высоты волновода, ориентировано параллельно оси волновода 1 и соединено концом с генераторным диодом 2, а второе плечо 5 проведено ортогонально в продольную прорезь 6, выполненную в середине широкой стенки волновода 1. Расстояние между кромкой первого плеча Г-образного проводника и широкой стенкой волновода выбрано в пределах 0,2-0,3 мм. Ширина второго плеча выбрана в пределах 0,2-0,4 длины волны в волноводе. Генераторный диод может быть установлен на широкой стенке волновода 1, как показано на фиг.1, или на торцевом короткозамыкателе 9, как показано на фиг.2.
Планарный элемент, связанный с варикапом, выполнен в виде П-образного проводника 7, в разрыв которого включен варикап 3. Место установки П-образного проводника выбрано так, что он частично перекрывает второе плечо 5 Г-образного проводника. Одно из плеч П-образного проводника целесообразно соединять со стенкой волновода 1.
Планарные элементы в области перекрытия друг с другом и с областью прорези 6 в стенке волновода снабжены изолирующими слоями 8.
На фиг. 3 приведен пример схемы соединения варикапов в сборке. Диоды 10 соединены встречно-последовательно (катод к катоду, анод к аноду). Индуктивные проводники 11 служат для подсоединения катодов и анодов к положительному и отрицательному полюсам источника постоянного смещения. Емкость 12 служит для гальванической развязки между цепями смещения и высокой частоты.
На фиг. 4 приведен пример выполнения топологии диодной микросборки. На подложке из арсенида галлия с изолирующей пленкой двуокиси кремния сформированы диоды с барьером Шотки (БШ), опорные конденсаторы (ОК) и индуктивные перемычки.
Экспериментальные результаты
При испытаниях образцов генераторов, выполненных в соответствии с заявляемым техническим решением, получены следующие результаты:
1. Средняя частота генерации - 37,2 ГГц.
При испытаниях образцов генераторов, выполненных в соответствии с заявляемым техническим решением, получены следующие результаты:
1. Средняя частота генерации - 37,2 ГГц.
2. Мощность - 120 мВт.
3. Диапазон электронной перестройки - от 200 до 2000 МГц в зависимости от положения планарной структуры с варикапом.
4. Температурный коэффициент частоты - 2•10-5 град-1.
При замене волновода на запредельный без изменения размеров планарного Г-образного проводника конструкция работает как генератор гармоники.
Результаты испытаний подтверждают наличие заявленного положительного эффекта. Кроме того, заявляемая конструкция генератора обладает преимуществами высокой технологичности и миниатюрности.
Источники информации
1. Царапкин Д. П. Генераторы СВЧ на диодах Ганна. - М.: Радио и связь, 1982. - 182 с.
1. Царапкин Д. П. Генераторы СВЧ на диодах Ганна. - М.: Радио и связь, 1982. - 182 с.
2. Тарасенко В.П., Коцержинский Б.А., Мачусский Е.А. Твердотельные генераторы СВЧ колебаний миллиметрового диапазона радиоволн/Известия вузов СССР - Радиоэлектроника, 1978, т. 21, 10, с. 4-23.
3. А. с. 1256129 СССР, МКИ Н 03 В 7/14. Генератор СВЧ/ Ю.И. Кошуринов. Опубл. 07.09.86, БИ 33 - прототип.
Claims (2)
1. Генератор, содержащий установленную в симметрично разрезанный по широкой стенке волновод планарную структуру с включенными в нее генераторным диодом и варикапом, отличающийся тем, что в нем указанная структура выполнена в виде двух отдельных планарных элементов, разделенных изолирующим слоем, планарный элемент, связанный с генераторным диодом, выполнен в виде Г-образного проводника, первое плечо Г-образного проводника, шириной менее половины высоты волновода, ориентировано параллельно оси волновода и соединено концом с генераторным диодом, второе плечо проведено ортогонально в продольную прорезь, выполненную в середине широкой стенки волновода, отделено от нее изолирующими слоями и соединено с источником питания диода, планарный элемент, связанный с варикапом, выполнен в виде снабженного изолирующим слоем П-образного проводника, в разрыв которого включен варикап, при этом расстояние от края первого плеча Г-образного проводника до широкой стенки волновода выбирают в пределах 0,2-0,3 мм, ширину второго плеча выбирают в пределах 0,2-0,4 длины волны в волноводе, а место установки П-образного проводника выбирают так, чтобы он по крайней мере частично перекрывал второе плечо Г-образного проводника.
2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что в нем варикап выполнен в виде микросборки из четного числа диодов, расположенных на изолирующей подложке и соединенных встречно-последовательно, аноды диодов соединены индуктивными проводниками с отрицательным полюсом источника постоянного смещения, а катоды - аналогичными проводниками с положительным полюсом того же источника.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001100579A RU2183045C1 (ru) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | Генератор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001100579A RU2183045C1 (ru) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | Генератор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2183045C1 true RU2183045C1 (ru) | 2002-05-27 |
Family
ID=20244517
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001100579A RU2183045C1 (ru) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | Генератор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2183045C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004082128A1 (fr) * | 2003-03-13 | 2004-09-23 | Michail Anatolievich Krevsky | Generateur thf a transistors |
-
2001
- 2001-01-09 RU RU2001100579A patent/RU2183045C1/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004082128A1 (fr) * | 2003-03-13 | 2004-09-23 | Michail Anatolievich Krevsky | Generateur thf a transistors |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7898348B2 (en) | Terahertz oscillation device | |
Hsieh et al. | High-efficiency piezoelectric-transducer-tuned feedback microstrip ring-resonator oscillators operating at high resonant frequencies | |
Xue et al. | Novel oscillator incorporating a compact microstrip resonant cell | |
CA1225126A (en) | Microstrip - slotline frequency halver | |
JP2000082916A (ja) | 高周波放射源、高周波放射源アレー、アンテナモジュールおよび無線装置 | |
US3680002A (en) | Microstrip microwave oscillators | |
RU2183045C1 (ru) | Генератор | |
US3546624A (en) | Electronically tuned solid state oscillator | |
US3919666A (en) | Solid state microwave cavity oscillator operating below cavity cutoff frequency | |
Osadchuk et al. | Microwave oscillator on transistor structures with dielectric resonators | |
Wu et al. | Active complementary coupled resonator for low phase noise X-band oscillator | |
US4149126A (en) | Diode and dielectric resonator microwave oscillator | |
Tokumaru et al. | Phase noise improvement of a fourth-harmonic push-push oscillator using a ring resonator with additional microstrip-line resonators | |
US6344779B1 (en) | Oscillator and radio equipment | |
EP0205771B1 (en) | Integrated microwave oscillator | |
RU2068616C1 (ru) | Малошумящий свч генератор | |
JP2002217727A (ja) | 注入同期発振器、発振器、およびそれらを用いた高周波通信装置 | |
Ondria | Wideband electronically tunable GaAs Gunn VCO's at W-band (75-110GHz) | |
RU2239938C1 (ru) | Транзисторный генератор свч | |
RU2727277C1 (ru) | Транзисторный генератор СВЧ с электронной перестройкой частоты | |
Aikawa et al. | Advanced utilization of microwave resonant fields and its applications to push-push oscillators and reconfigurable antennas | |
Tanaka et al. | Improvement of phase noise characetristics of reflective type push-push oscillator by using microstrip-line resonators | |
US3748596A (en) | Multiple diode coaxial cavity oscillator with manual and varactor diode tuning | |
RU2353048C1 (ru) | Генератор свч на транзисторе | |
Pérez et al. | A Hybrid Bipolar Wideband VCO with Linearized Tuning Behaviour for a New Generation TTC Transponder |