RU2210176C2

RU2210176C2 - Wide-band key oscillator

Info

Publication number: RU2210176C2
Application number: RU2000112976A
Authority: RU
Inventors: В.В. Воронович; А.Ю. Потапов
Original assignee: Войсковая часть 11135
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2003-08-10

Abstract

FIELD: radio engineering, radio transmitters. SUBSTANCE: wide-band key oscillator incorporates active element built on transistor, wide-band input circuit, quarter-wavelength section of long line, output circuit that matches active element to load, by-pass capacitor. Wave resistance of quarterwavelength section of long line is chosen depending on specified relation. EFFECT: expanded band of working frequencies. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередающих устройствах. The invention relates to the field of radio engineering and can be used in radio transmitting devices.

Общим недостатком существующих ключевых генераторов, имеющих высокий КПД, является узкая полоса рабочих частот. Этот недостаток связан с тем, что в ключевых генераторах при перестройке рабочей частоты происходит изменение импеданса нагрузки не только на основной частоте, но и на ее гармониках. A common drawback of existing key generators with high efficiency is the narrow operating frequency band. This drawback is due to the fact that in key generators, when the operating frequency is tuned, the load impedance changes not only at the fundamental frequency, but also at its harmonics.

Известно техническое решение высокоэффективного ключевого генератора, содержащего активный элемент, работающий при угле отсечки, близком к 90^o, общий электрод которого соединен с общей шиной, а к выходному электроду подключен четвертьволновый отрезок длинной линии, короткозамкнутый на высших гармониках (Рааб. Мощный усилитель на полевом транзисторе. - Электроника, 1976, 12).A technical solution is known for a highly efficient key generator containing an active element operating at a cutoff angle close to 90 ^° , a common electrode of which is connected to a common bus, and a quarter-wave length of a long line short-circuited at higher harmonics is connected to the output electrode (Raab. Powerful field amplifier transistor. - Electronics, 1976, 12).

Реализация высокоэффективного режима и достижение высокого значения КПД в данном генераторе возможно в относительно узкой полосе частот, равной 15%. The implementation of a highly efficient mode and the achievement of a high value of efficiency in this generator is possible in a relatively narrow frequency band equal to 15%.

Наиболее близким к изобретению является генератор, содержащий активный элемент, работающий при угле отсечки, близком к 90^o, общий электрод которого соединен с общей шиной, а к выходному электроду подключены четвертьволновый отрезок длинной линии, короткозамкнутый на основной частоте и высших гармониках, а также выходная цепь, параметры которой обеспечивают согласование с нагрузкой и высокое значение импеданса на гармониках основной частоты (S. Toyoda, Hight Efficiency Amplifiers, JEEE MTT-S Digest, 1994, p.253-256). Данный генератор имеет также узкую полосу частот, составляющую 5%, что объясняется, вероятно, произвольным выбором волнового сопротивления отрезка линии.Closest to the invention is a generator containing an active element operating at a cutoff angle close to 90 ^° , a common electrode of which is connected to a common bus, and a quarter-wave length of a long line short-circuited at the fundamental frequency and higher harmonics, as well as the output, are connected to the output electrode a circuit whose parameters provide load matching and a high impedance value at the harmonics of the fundamental frequency (S. Toyoda, Hight Efficiency Amplifiers, JEEE MTT-S Digest, 1994, p. 253-256). This generator also has a narrow frequency band of 5%, which is probably due to an arbitrary choice of wave resistance of the line segment.

Предлагаемое изобретение направлено на увеличение полосы рабочих частот ключевого генератора. Это достигается тем, что ключевой генератор, содержащий активный элемент, работающий при угле отсечки выходного тока, близком к 90^o, общий электрод которого соединен с общей шиной, а к выходному электроду подключена выходная цепь, обеспечивающая высокое значение импеданса на гармониках основного сигнала и согласующая активный элемент с нагрузкой и короткозамкнутый четвертьволновый отрезок длинной линии, волновое сопротивление которого выбирается согласно выражению:
ρ=(2,...,3)R'_н,
где R'_н - сопротивление нагрузки в сечении выходного электрода активного элемента. (Представление о сопротивлении нагрузки, пересчитанном в какое-либо сечение входной или выходной цепи генератора с внешним возбуждением, широко известно из литературы, посвященной проектированию радиопередатчиков. См., например, Радиопередающие устройства. Под ред. Челнокова О.А. - М.: Радио и связь, 1986).The present invention is aimed at increasing the operating frequency band of the key generator. This is achieved by the fact that a key generator containing an active element operating at an output current cut-off angle close to 90 ^° , a common electrode of which is connected to a common bus, and an output circuit is connected to the output electrode, which ensures a high impedance value at the harmonics of the main signal and matches active element with a load and a short-circuited quarter-wave segment of a long line, the wave resistance of which is selected according to the expression:
ρ = (2, ..., 3) R ' _n ,
where R ' _n is the load resistance in the cross section of the output electrode of the active element. (The concept of load resistance, converted to some section of the input or output circuit of a generator with external excitation, is widely known from the literature on the design of radio transmitters. See, for example, Radio transmitting devices. Edited by O. Chelnokov - M .: Radio and Communications, 1986).

Упомянутый выбор волнового сопротивления создает благоприятные условия для достижения высокого КПД в полосе рабочих частот, существенно превышающей полосу рабочих частот аналога и прототипа. Это происходит благодаря тому, что формы тока и напряжения на активном элементе, характерные для высокоэффективного ключевого режима, сохраняются в рабочей полосе частот. The mentioned choice of wave resistance creates favorable conditions for achieving high efficiency in the operating frequency band, significantly exceeding the working frequency band of the analogue and prototype. This is due to the fact that the forms of current and voltage on the active element, characteristic of the high-performance key mode, are stored in the working frequency band.

На фиг.1 представлена схема ключевого генератора с формирующей линией, а на фиг.2 - зависимость относительной полосы рабочих частот от относительного значения волнового сопротивления отрезка линии. Figure 1 shows a diagram of a key generator with a forming line, and figure 2 shows the dependence of the relative operating frequency band on the relative value of the wave impedance of the line segment.

Предлагаемый ключевой генератор содержит широкополосную входную цепь 1, соединенную с базой транзистора 2, к коллектору которого подключен четвертьволновый отрезок длинной линии 3 и выходная цепь 4, обеспечивающая высокое значение импеданса на гармониках основного сигнала и согласующая активный элемент с нагрузкой. Второй конец отрезка линии подключен к источнику питания и замкнут на общую шину по высокой частоте через блокировочную емкость 5. Волновое сопротивление линии выбрано таким образом, что выполняется условие ρ= (2,...,3)R'_н. Ключевой генератор работает следующим образом. Под воздействием входного сигнала транзистор формирует импульсы коллекторного тока с углом отсечки, близким к 90^o. Благодаря наличию в схеме предлагаемого устройства четвертьволнового отрезка линии и упомянутым свойствам выходной цепи, в результате суперпозиции падающих и отраженных плоских волн, распространяющихся в отрезке линии, на коллекторе транзистора формируется уплощенное напряжение трапецеидальной формы. При таких формах тока и напряжения тепловая энергия, рассеиваемая транзистором, существенно меньше, чем в традиционном генераторе класса В (при одинаковой выходной мощности). Поэтому предельный КПД данного генератора равен 100%, а генератора класса В составляет 78,5%. При указанном выборе волнового сопротивления четвертьволнового отрезка длинной линии и благодаря широкополосным входной и выходной цепям создаются условия реализации ключевого режима с высоким КПД в максимальной для данного генератора полосе частот (см. фиг.2).The proposed key generator contains a broadband input circuit 1 connected to the base of the transistor 2, to the collector of which a quarter-wave length segment of a long line 3 and an output circuit 4 are connected, providing a high impedance value at the harmonics of the main signal and matching the active element with the load. The second end of the line segment is connected to a power source and closed to a common bus at a high frequency through the blocking capacitance 5. The wave impedance of the line is chosen so that the condition ρ = (2, ..., 3) R ' _n is satisfied. The key generator operates as follows. Under the influence of the input signal, the transistor generates pulses of collector current with a cutoff angle close to 90 ^o . Due to the presence in the circuit of the proposed device of a quarter-wave line segment and the mentioned properties of the output circuit, as a result of a superposition of incident and reflected plane waves propagating in the line segment, a flattened voltage of trapezoidal shape is formed on the transistor collector. With these forms of current and voltage, the thermal energy dissipated by the transistor is significantly less than in a traditional class B generator (with the same output power). Therefore, the maximum efficiency of this generator is 100%, and the class B generator is 78.5%. With this choice of wave impedance of a quarter-wave length of a long line and due to the broadband input and output circuits, the conditions for the implementation of the key mode with high efficiency in the maximum frequency band for a given generator are created (see Fig. 2).

Claims

A broadband key generator containing an active element that is made on the transistor, a broadband input circuit that is connected to the base of the transistor, to the collector of which a quarter-wave length of a long line is connected, and an output circuit that matches the active element with a load, the second end of a quarter-wave length of a long line is connected to a power source and is short-circuited to a common bus at the fundamental frequency and higher harmonics through a blocking capacitance, while under the influence of the input signal p generates pulses of the collector current with a cutoff angle close to 90 ^o , characterized in that the wave impedance (ρ) of the quarter-wave length of the long line is selected from the relation ρ = (2, ..., 3) R ' _n , where R' _n - load resistance in the cross section of the output electrode of the active element.