RU2568379C1 - Generation method of high-frequency signals and device for its implementation - Google Patents
Generation method of high-frequency signals and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2568379C1 RU2568379C1 RU2014146319/08A RU2014146319A RU2568379C1 RU 2568379 C1 RU2568379 C1 RU 2568379C1 RU 2014146319/08 A RU2014146319/08 A RU 2014146319/08A RU 2014146319 A RU2014146319 A RU 2014146319A RU 2568379 C1 RU2568379 C1 RU 2568379C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- complex
- terminal
- circuit
- resistance
- load
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к областям радиосвязи и могут быть использованы для создания устройств генерации высокочастотных сигналов на заданном количестве частот при произвольных частотных характеристиках нагрузки, что позволяет формировать сложные сигналы и создавать эффективные средства радиосвязи с заданным количеством радиоканалов.The invention relates to the field of radio communication and can be used to create devices for generating high-frequency signals at a given number of frequencies with arbitrary frequency characteristics of the load, which allows you to generate complex signals and create effective means of radio communication with a given number of radio channels.
Известен способ генерации высокочастотного сигнала, основанный на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, организации внутренней обратной связи в нелинейном элементе путем использования в качестве него двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемого высокочастотного сигнала, и условий согласования нелинейного элемента с нагрузкой (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: «Дрофа», 2006, с. 414-417).A known method of generating a high-frequency signal, based on the conversion of the energy of a constant voltage source into the energy of a high-frequency signal, organizing internal feedback in a non-linear element by using a bipolar non-linear element with negative differential resistance, fulfilling the excitation conditions in the form of amplitude balance and phase balance, which determine respectively, the amplitude and frequency of the generated high-frequency signal, and non-linear matching conditions an element with a load (see IS Honorovsky. Radio engineering circuits and signals. - M.: “Drofa”, 2006, p. 414-417).
Известно устройство генерации высокочастотного сигнала, состоящее из источника постоянного напряжения, устанавливающего рабочую точку на середине падающего участка вольтамперной характеристики двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением, реактивного четырехполюсника, нагрузки в виде параллельного колебательного контура, при этом параметры контура, двухполюсного нелинейного элемента и варикапа выбраны из условия обеспечения заданных амплитуды и частоты генерируемого высокочастотного сигнала (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: «Дрофа», 2006, с. 414-417).A device for generating a high-frequency signal, consisting of a constant voltage source that sets the operating point in the middle of the falling section of the current-voltage characteristics of a bipolar nonlinear element with negative differential resistance, a four-terminal reactive load in the form of a parallel oscillatory circuit, while the parameters of the circuit, bipolar nonlinear element and varicap are selected from the condition of providing the given amplitude and frequency of the generated high-frequency signal ala (. cm Gonorovsky IS Radio circuits and signals -. M .: "Bustard", 2006, pp 414-417.).
Принцип действия этого устройства состоит в следующем. При включении источника постоянного напряжения (тока) в силу скачкообразного изменения амплитуды во всей цепи возникают колебания, спектр которых занимает весь частотный радиодиапазон. Амплитуды этих колебаний быстро затухают. Однако благодаря наличию внутренней обратной связи в двухполюсном нелинейном элементе на участке с падающей вольтамперной характеристикой возникает отрицательное дифференциальное сопротивление, которое в силу согласования с помощью реактивного четырехполюсника компенсирует потери в контуре. Благодаря этому, колебание с частотой, равной резонансной частоте колебательного контура, усиливается до момента увеличения амплитуды этого колебания до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы падающего участка вольтамперной характеристики. Наступает стационарный режим.The principle of operation of this device is as follows. When a constant voltage (current) source is turned on, due to an abrupt change in the amplitude, oscillations arise in the entire circuit, the spectrum of which occupies the entire frequency radio range. The amplitudes of these oscillations decay quickly. However, due to the presence of internal feedback in a bipolar nonlinear element, a negative differential resistance arises in a section with a falling current-voltage characteristic, which, by matching with a reactive four-terminal, compensates for losses in the circuit. Due to this, the oscillation with a frequency equal to the resonant frequency of the oscillatory circuit is amplified until the amplitude of this oscillation increases to a level at which the amplitude goes beyond the falling section of the current-voltage characteristic. There is a stationary mode.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ генерации высокочастотного сигнала, основанный на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, организации внешней положительной обратной связи между нагрузкой и управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемого высокочастотного сигнала, и условий согласования нелинейного элемента с нагрузкой (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: «Дрофа», 2006, с. 383-401).The closest in technical essence and the achieved result (prototype) is a method of generating a high-frequency signal based on converting the energy of a constant voltage source into the energy of a high-frequency signal, organizing external positive feedback between the load and the control electrode of a three-pole nonlinear element, and fulfilling the excitation conditions in the form of an amplitude balance and phase balance, respectively determining the amplitude and frequency of the generated high-frequency signal, and conditions oglasovaniya nonlinear element to the load (. cm Gonorovsky IS Radio circuits and signals -. M .: "Bustard", 2006, pp 383-401.).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство генерации высокочастотного сигнала, состоящее из источника постоянного напряжения, устанавливающего рабочую точку на середине квазилинейного участка проходной вольтамперной характеристики транзистора, реактивного четырехполюсника, нагрузки в виде параллельного колебательного контура, RC-цепи внешней положительной обратной связи между нагрузкой и управляющим электродом транзистора, при этом параметры контура, транзистора и варикапа выбраны из условия обеспечения заданных амплитуды и частоты генерируемого высокочастотного сигнала (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: «Дрофа», 2006, с. 383-401).The closest in technical essence and the achieved result (prototype) is a device for generating a high-frequency signal, consisting of a constant voltage source that sets the operating point in the middle of the quasilinear section of the current-voltage characteristic of the transistor, reactive four-terminal, load in the form of a parallel oscillatory circuit, external positive RC-circuit feedback between the load and the control electrode of the transistor, while the parameters of the circuit, transistor and varicap selected to provide predetermined amplitude and frequency of the generated high-frequency signal (see Gonorovsky IS Radio circuits and signals -.. M .: "Bustard", 2006, pp 383-401.).
Принцип действия этого устройства состоит в следующем. При включении источника постоянного напряжения (тока) в силу скачкообразного изменения амплитуды во всей цепи возникают колебания, спектр которых занимает весь частотный радиодиапазон. Амплитуды этих колебаний быстро затухают. Однако, благодаря наличию цепи положительной обратной связи, колебание с частотой, равной резонансной частоте колебательного контура, поступает на управляющий электрод транзистора, который в силу согласования с помощью реактивного четырехполюсника начинает работать в режиме усиления до момента увеличения амплитуды этого колебания до уровня, при котором наступает режим насыщения (ограничения амплитуды). Наступает стационарный режим.The principle of operation of this device is as follows. When a constant voltage (current) source is turned on, due to an abrupt change in the amplitude, oscillations arise in the entire circuit, the spectrum of which occupies the entire frequency radio range. The amplitudes of these oscillations decay quickly. However, due to the presence of a positive feedback circuit, the oscillation with a frequency equal to the resonant frequency of the oscillatory circuit is supplied to the control electrode of the transistor, which, by matching with the reactive four-terminal device, starts to operate in the amplification mode until the amplitude of this oscillation increases to the level at which saturation mode (amplitude limits). There is a stationary mode.
Недостатком указанных способов и устройств является генерация высокочастотного сигнала только на одной частоте. Кроме того, не указывается, каким образом необходимо выбирать значения параметров реактивного четырехполюсника, при которых наступает режим возбуждения и стационарный режим. Особенно остро возникает этот вопрос при проектировании устройств генерации в диапазонах ВЧ и УВЧ, на которых обязательно нужно учитывать реактивные составляющие параметров нелинейных элементов. В настоящее время классическая теория радиотехнических цепей это не учитывает. Еще одним недостатком следует считать отсутствие возможности генерации при произвольных комплексных сопротивлениях нагрузки.The disadvantage of these methods and devices is the generation of a high-frequency signal at only one frequency. In addition, it does not indicate how it is necessary to choose the values of the parameters of the reactive four-port network at which the excitation mode and the stationary mode occur. This question arises especially sharply when designing generation devices in the HF and UHF bands, on which the reactive components of the parameters of nonlinear elements must be taken into account. Currently, the classical theory of radio circuits does not take this into account. Another disadvantage should be considered the lack of the possibility of generation at arbitrary complex load resistances.
Техническим результатом изобретения является повышение диапазона генерируемых колебаний, генерация высокочастотных сигналов на заданном количестве частот при произвольных комплексных сопротивлениях нагрузки, что позволяет формировать сложные сигналы и создавать эффективные устройства генерации для средств радиосвязи с заданным количеством радиоканалов при любых заданных частотных характеристиках нагрузки, например, антенны. Возможность использования различных вариантов включения трехполюсного нелинейного элемента относительно четырехполюсника и различных видов обратной связи, а также выбор этих четырехполюсников комплексными расширяют возможности физической реализуемости этого результата.The technical result of the invention is to increase the range of generated oscillations, generate high-frequency signals at a given number of frequencies for arbitrary complex load resistances, which allows you to generate complex signals and create efficient generation devices for radio communications with a given number of radio channels for any given frequency characteristics of the load, for example, an antenna. The possibility of using various options for including a three-pole nonlinear element with respect to the four-terminal and various types of feedback, as well as the choice of these four-terminal integrated systems expand the possibilities of the physical realizability of this result.
1. Указанный результат достигается тем, что в известном способе генерации высокочастотных сигналов, основанном на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, взаимодействии высокочастотного сигнала с цепью прямой передачи, выполненной из каскадно-соединенных 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, дополнительно нагрузку выполняют в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный комплексный четырехполюсник, параллельно подключенный к цепи прямой передачи, четырехполюсник в цепи прямой передачи выполняют комплексным, цепь прямой передачи и цепь обратной связи как единый узел каскадно включают между введенным вторым двухполюсником с комплексным сопротивлением, имитирующим сопротивление источника сигнала генератора в режиме усиления, и нагрузкой, условия возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз и условия согласования одновременно выполняют на заданном количестве частот за счет выбора значений сопротивлений первого двухполюсника, реализующего сопротивление zнn нагрузки, из условия обеспечения стационарного режима генерации в виде равенства нулю знаменателя коэффициента передачи в режиме усиления одновременно на всех заданных частотах генерируемых высокочастотных сигналов при неизменной амплитуде источника постоянного напряжения в соответствии со следующими математическими выражениями:1. The specified result is achieved by the fact that in the known method of generating high-frequency signals, based on the conversion of the energy of a constant voltage source into the energy of a high-frequency signal, the interaction of a high-frequency signal with a direct transmission circuit made of cascade-connected three-pole nonlinear element and four-pole, load and external circuit feedback, the fulfillment of the excitation conditions in the form of a balance of amplitudes and a balance of phases, which determine respectively the amplitude and frequency of the generated high-frequency signals, conditions for matching a direct transmission circuit with a load, and conditions for matching a load with a control electrode of a three-pole nonlinear element, the load is additionally performed in the form of a first two-terminal with complex resistance, an arbitrary complex four-terminal connected in parallel to a direct transmission circuit is used as an external feedback circuit, the quadripole circuit in the direct transmission circuit is complex, the direct transmission circuit and the feedback circuit as a single cascade node о include between the introduced second two-terminal with a complex resistance simulating the resistance of the generator signal source in the amplification mode and the load, the excitation conditions in the form of a balance of amplitudes and phase balance and matching conditions are simultaneously fulfilled at a given number of frequencies by choosing the resistance values of the first two-terminal that implements z нn of the load, from the condition of providing a stationary generation mode in the form of equality to zero of the denominator of the transmission coefficient in the amplification mode at all given frequencies of the generated high-frequency signals at a constant amplitude of the constant voltage source in accordance with the following mathematical expressions:
где Where
an, bn, cn, dn - заданные значения комплексных элементов классической матрицы передачи комплексного четырехполюсника в цепи прямой передачи на заданных частотах;
2. Указанный результат достигается тем, что в устройстве генерации высокочастотных сигналов, состоящем из источника постоянного напряжения, цепи прямой передачи из каскадно-соединенных трехполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника, нагрузки и цепи внешней обратной связи, дополнительно нагрузка выполнена в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, в качестве цепи внешней обратной связи использован произвольный комплексный четырехполюсник, параллельно подключенный к цепи прямой передачи, четырехполюсник в цепи прямой передачи выполнен комплексным, цепь прямой передачи и цепь обратной связи как единый узел каскадно включены между введенным вторым двухполюсником с комплексным сопротивлением, имитирующим сопротивление z0n источника сигнала генератора в режиме усиления, и нагрузкой, первый двухполюсник с комплексным сопротивлением zнn выполнен из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, конденсатора с емкостью С, произвольного комплексного двухполюсника с заданным сопротивлением Z0n=R0n+jX0n и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и катушки с индуктивностью L, а значения параметров определены из условия равенства нулю знаменателя коэффициента передачи на двух частотах с помощью следующих математических выражений:2. The specified result is achieved by the fact that in the device for generating high-frequency signals, consisting of a constant voltage source, a direct transmission circuit of cascade-connected three-pole nonlinear element and four-terminal, load and external feedback circuit, additionally the load is made in the form of the first two-terminal with complex resistance , as an external feedback circuit, an arbitrary complex four-terminal circuit connected in parallel to a direct transmission circuit was used, a four-terminal circuit direct transfer is made complex, circuit line transmission and the feedback circuit as a unit cascade connected between the introduction of the second two-pole with a complex resistance simulating impedance z 0n oscillator signal source to the amplifier mode, and a load, a first two-terminal network with a complex impedance z Hn formed of series-connected the first resistive bipolar with a resistance R 1 , a capacitor with a capacitance C, an arbitrary complex bipolar with a given resistance Z 0n = R 0n + jX 0n and parallel The second resistive two-terminal with resistance R 2 and the coil with inductance L are interconnected, and the parameter values are determined from the condition that the denominator of the transmission coefficient at two frequencies be equal to zero using the following mathematical expressions:
где Where
an, bn, cn, dn - заданные значения комплексных элементов классической матрицы передачи комплексного четырехполюсника в цепи прямой передачи на заданных частотах fn; ωn=2πfn;
На фиг. 1 показана схема устройства генерации высокочастотных сигналов (прототип), реализующего способ-прототип.In FIG. 1 shows a diagram of a device for generating high-frequency signals (prototype) that implements the prototype method.
На фиг. 2 показана структурная схема предлагаемого устройства генерации по п. 2., реализующая предлагаемый способ по п. 1.In FIG. 2 shows a structural diagram of the proposed generation device according to claim 2., which implements the proposed method according to
На фиг. 3 приведена схема комплексного двухполюсника, реализующего на двух частотах оптимальные значения сопротивления нагрузки генератора, схема которого представлена на фиг. 2.In FIG. 3 is a diagram of a complex two-terminal network that realizes at two frequencies the optimal values of the generator load resistance, the circuit of which is shown in FIG. 2.
Устройство-прототип (Фиг. 1), реализующее способ-прототип, содержит цепь прямой передачи в виде трехполюсного нелинейного элемента VT - 1, подключенного к источнику постоянного напряжения - 2, первого согласующе-фильтрующего устройства (СФУ) - 3 (первого реактивного четырехполюсника или первого согласующего четырехполюсника) и колебательного контура на элементах L - 4, R - 5, C - 6, который является нагрузкой - 7. Первое СФУ - 3 включено между выходным электродом трехполюсного нелинейного элемента и нагрузкой. Между нагрузкой и управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента включено второе СФУ - 9 (второй реактивный четырехполюсник или второй согласующий четырехполюсник) с подключенными к ее входу первым двухполюсником - 8 и к выходу вторым двухпоюсником - 10 с комплексными сопротивлениями в поперечные цепи. Все это вместе образует цепь внешней обратной связи. Первый двухполюсник - 8 подключен к нагрузке. Второй двухполюсник - 10 подключен к управляющему электроду трехполюсного нелинейного элемента.The prototype device (Fig. 1) that implements the prototype method contains a direct transmission circuit in the form of a three-pole non-linear element VT - 1 connected to a constant voltage source - 2, the first matching filtering device (SFU) - 3 (the first reactive four-terminal or the first matching four-terminal network) and the oscillatory circuit on the elements L - 4, R - 5, C - 6, which is the load - 7. The first SFU - 3 is connected between the output electrode of the three-pole nonlinear element and the load. Between the load and the control electrode of the three-pole non-linear element, the second SFU - 9 (second reactive four-terminal or second matching four-terminal) is connected with the first two-terminal - 8 connected to its input and 10 with the second two-terminal output with complex resistances in the transverse circuits. All this together forms an external feedback circuit. The first two-terminal - 8 is connected to the load. The second two-terminal - 10 is connected to the control electrode of a three-pole nonlinear element.
Принцип действия устройства генерации высокочастотных сигналов (прототипа), реализующего способ-прототип, состоит в следующем.The principle of operation of the device for generating high-frequency signals (prototype) that implements the prototype method is as follows.
При включении источника постоянного напряжения - 2 в силу скачкообразного изменения амплитуды во всей цепи возникают колебания, спектр которых занимает весь частотный радиодиапазон. Амплитуды этих колебаний быстро затухают. Однако, благодаря наличию внешней обратной связи, согласования с помощью первого реактивного четырехполюсника - 3 выходного электрода трехполюсного нелинейного элемента и нагрузки (цепи прямой передачи), согласования с помощью цепи обратной связи (первого двухполюсника - 8 с комплексным сопротивлением, второго реактивного четырехполюсника - 9 и второго двухполюсника - 10 с комплексным сопротивлением) нагрузки и управляющего электрода трехполюсного нелинейного элемента компенсируются потери в контуре L - 4, R - 5, C - 6. Благодаря этому обратная связь становится положительной и реализуются условия баланса фаз и амплитуд - условия возбуждения электромагнитных колебаний. В результате колебание с частотой, равной резонансной частоте колебательного контура, подается на управляющий электрод трехполюсного нелинейного элемента, который на начальном этапе работает в режиме усиления. Амплитуда этого колебания усиливается до момента ее увеличения до уровня, при котором наступает режим ограничения трехполюсного нелинейного элемента. Наступает стационарный режим генерации.When you turn on the DC voltage source - 2 due to the abrupt change in the amplitude in the entire circuit, oscillations occur, the spectrum of which occupies the entire frequency radio range. The amplitudes of these oscillations decay quickly. However, due to the presence of external feedback, matching with the first reactive four-terminal device - 3 output electrodes of a three-pole nonlinear element and load (direct transfer circuit), matching with a feedback circuit (first two-terminal device - 8 with complex resistance, second reactive four-terminal device - 9 and second bipolar - 10 with complex resistance) of the load and the control electrode of a three-pole nonlinear element compensates for losses in the circuit L - 4, R - 5, C - 6. Due to this, the inverse the connection becomes positive and the conditions for the balance of phases and amplitudes are realized - the conditions for the excitation of electromagnetic waves. As a result, the oscillation with a frequency equal to the resonant frequency of the oscillatory circuit is supplied to the control electrode of a three-pole nonlinear element, which at the initial stage operates in amplification mode. The amplitude of this oscillation is amplified until it increases to a level at which the limiting state of a three-pole nonlinear element occurs. The stationary mode of generation sets in.
Недостатки способа-прототипа и устройства его реализации описаны выше. Предлагаемое устройство по п. 2 (фиг. 2), реализующее предлагаемый способ по п. 1, содержит цепь прямой передачи из каскадно-соединенных трехполюсного нелинейного элемента - 1 с известными элементами матрицы проводимостей
Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.The proposed device operates as follows.
При включении источника постоянного напряжения - 2 (на фиг. 2 не показан) в силу скачкообразного изменения амплитуды во всей цепи возникают колебания, спектр которых занимает весь частотный радиодиапазон. Амплитуды этих колебаний быстро затухают. Однако, благодаря наличию внешней обратной связи и в силу указанного выбора значений параметров R1, C, L, R2 и схемы формирования двухполюсника - 14 (фиг. 3) обратная связь становится положительной, что эквивалентно возникновению в цепи отрицательной проводимости (g21 или g12), которое компенсирует потери во всей цепи одновременно на двух заданных частотах. Поэтому амплитуды колебаний с заданными частотами усиливаются до определенных уровней и затем ограничиваются. Благодаря этому, колебания с заданными двумя частотами усиливаются до момента увеличения амплитуд этих колебаний до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы квазилинейного участка проходной вольтамперной характеристики. Наступает стационарный режим. Окончательно в результате взаимодействия сигналов на двух частотах с нелинейным элементом в режиме генерации возникают продукты нелинейного взаимодействия с комбинационными частотами ωn=Ιω1±Kω2, I, K=0, 1, 2, … Так как двухполюсник 14 и четырехполюсники 11, 12 выбраны комплексными, то это приводит к увеличению области физической реализуемости стационарного режима генерации на заданном количестве частот.When you turn on the constant voltage source - 2 (not shown in Fig. 2) due to the abrupt change in the amplitude, oscillations arise in the entire circuit, the spectrum of which occupies the entire frequency radio frequency range. The amplitudes of these oscillations decay quickly. However, due to the presence of external feedback and due to the indicated choice of the values of the parameters R 1 , C, L, R 2 and the two-terminal formation scheme - 14 (Fig. 3), the feedback becomes positive, which is equivalent to the occurrence of negative conductivity in the circuit (g 21 or g 12 ), which compensates for losses in the entire circuit simultaneously at two given frequencies. Therefore, the oscillation amplitudes with given frequencies are amplified to certain levels and then limited. Due to this, the oscillations with the given two frequencies are amplified until the amplitudes of these oscillations increase to a level at which the amplitude goes beyond the quasilinear section of the current-voltage characteristic. There is a stationary mode. Finally, as a result of the interaction of signals at two frequencies with a nonlinear element in the generation mode, products of nonlinear interaction arise with combination frequencies ω n = Ιω 1 ± Kω 2 , I, K = 0, 1, 2, ... Since the two-
Докажем возможность реализации указанных свойств.Let us prove the feasibility of implementing these properties.
Пусть цепь прямой передачи, состоящая из каскадно-соединенных между собой трехполюсного нелинейного элемента и КЧ, подключена к цепи обратной связи параллельно (фиг. 2). Введем обозначения зависимостей сопротивления источника сигнала в режиме усиления z0=r0+jx0, нагрузки zn=rn+jxn и известных зависимостей элементов матриц проводимостей трехполюсного нелинейного элемента
где
Комплексный четырехполюсник (КЧ) характеризуется известной матрицей передачи:The complex four-terminal network (CC) is characterized by the well-known transfer matrix:
где a, b, c, d - комплексные элементы классической матрицы передачи.where a, b, c, d are complex elements of the classical transfer matrix.
Для цепи прямой передачи элементы ненормированной классической матрицы передачи получаются путем перемножения матриц передачи (1) и (2):For the direct transmission chain, the elements of the non-normalized classical transmission matrix are obtained by multiplying the transmission matrices (1) and (2):
Соответствующие элементы матрицы проводимостей цепи прямой передачи (вторые слагаемые в (4)) и элементы матрицы проводимостей цепи ОС складываются:The corresponding elements of the conductivity matrix of the direct transfer circuit (the second terms in (4)) and the elements of the conductivity matrix of the OS circuit are summed up:
где
Ненормированные элементы матрицы передачи всего устройства:Unnormalized transfer matrix elements of the entire device:
где
Передаточная функция генератора в режиме усиления:Generator transfer function in gain mode:
Знаменатель (7) можно привести к виду, соответствующему иммитансному критерию устойчивости (Куликовской А.А. Устойчивость активных линеаризованных цепей с усилительными приборами нового типа. - М.-Л.: ГЭИ, 1962, 192 с.):The denominator (7) can be reduced to the form corresponding to the immitance stability criterion (A. Kulikovskoy, Stability of active linearized circuits with amplifiers of a new type. - M.-L.: SEI, 1962, 192 pp.):
Первое слагаемое - это комплексное сопротивление пассивной части (сопротивление источника сигнала в режиме усиления). Второе слагаемое - это входное сопротивление активной части устройства (остальной части генератора справа от z0). Иммитансный критерий устойчивости (8) соответствует балансу амплитуд и фаз (Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: «Дрофа», 2006, с. 386):The first term is the complex resistance of the passive part (the resistance of the signal source in amplification mode). The second term is the input resistance of the active part of the device (the rest of the generator to the right of z 0 ). Immunity stability criterion (8) corresponds to the balance of amplitudes and phases (I. Gonorovsky, Radio engineering circuits and signals. - M.: “Drofa”, 2006, p. 386):
Из равенства нулю знаменателя коэффициента передачи в режиме усиления можно найти ограничение на любую из используемых величин, например на zH:From the fact that the denominator of the transmission coefficient in the amplification mode is equal to zero, we can find a restriction on any of the quantities used, for example, on z H
Решение (10) имеет смысл зависимостей величин zн от частоты, оптимальных по критерию обеспечения генерации сигнала во всем спектре частот. Сопротивление z0n может быть выбрано произвольно или исходя из каких-либо других физических соображений. Индекс n необходимо ввести и в другие обозначения физических величин, явным образом зависящих от частоты. Физический смысл решения (10) состоит также в том, что частотная зависимость комплексного сопротивления нагрузки должна быть равной частотной зависимости входного комплексного сопротивления остальной части генератора слева от zΗ, взятой с обратным знаком. При этом обеспечивалась бы генерация на всем спектре частот. Однако реализация (10) в сплошной, даже очень узкой полосе частот, не возможна.Solution (10) makes sense of the dependences of z n on frequency, which are optimal according to the criterion of ensuring signal generation in the entire frequency spectrum. The resistance z 0n can be chosen arbitrarily or on the basis of any other physical considerations. The index n must also be introduced in other notation of physical quantities that explicitly depend on the frequency. The physical meaning of solution (10) also consists in the fact that the frequency dependence of the complex load resistance should be equal to the frequency dependence of the input complex resistance of the rest of the generator to the left of z Η taken with the opposite sign. In this case, generation would be ensured over the entire frequency spectrum. However, the implementation of (10) in a continuous, even very narrow frequency band, is not possible.
Для реализации оптимальной аппроксимации (10) на конечном числе частот методом интерполяции необходимо сформировать двухполюсник с сопротивлением zнn из не менее, чем 2Ν (n=1, 2, …, Ν; N - число частот интерполяции) элементов типа R, L, C, найти выражения для его сопротивления, приравнять его оптимальным значениям сопротивлений двухполюсника на заданных частотах, определенным по формулам (10), и решить сформированную таким образом систему 2N уравнений относительно 2N выбранных параметров R, L, C. Значения параметров остальных элементов могут быть выбраны произвольно или исходя из каких-либо других физических соображений, например, из условия физической реализуемости.To implement optimal approximation (10) on a finite number of frequencies by interpolation, it is necessary to form a two-terminal network with a resistance z нn of no less than 2Ν (n = 1, 2, ..., Ν; N is the number of interpolation frequencies) of elements of the type R, L, C , find the expressions for its resistance, equate it with the optimal values of the two-terminal resistances at the given frequencies determined by formulas (10), and solve the system of 2N equations thus formed with respect to the 2N selected parameters R, L, C. The parameter values of the remaining elements can be selected We arbitrarily or on the basis of any other physical considerations, for example, from the condition of physical realizability.
Пусть двухполюсник с сопротивлением zн сформирован из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, конденсатора с емкостью С, произвольного комплексного двухполюсника с сопротивлением Z0=R0+jX0 и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и катушки с индуктивностью L (фиг.3). Комплексное сопротивление этого двухполюсника:Let a two-terminal with resistance z n be formed from a series-connected first resistive two-terminal with resistance R 1 , a capacitor with a capacitance C, an arbitrary complex two-terminal with resistance Z 0 = R 0 + jX 0, and a second resistive two-terminal with resistance R 2 and a coil connected in parallel with inductance L (figure 3). The complex resistance of this bipolar:
Разделим в (11) между собой действительную и мнимую части и составим систему четырех уравнений:We divide in (11) the real and imaginary parts and compose a system of four equations:
Решение:Decision:
где Where
r1=Rr1-R01, r2=Rr2-R02, x1=Xr1-X01, x3=Xr2-X02; Rr1, Rr2, Xr1, Xr2 - оптимальные значения действительных и мнимых составляющих сопротивления zнn нагрузки на двух частотах: Rvn=Re(zнn); Xvn=Im(zнn); n=1, 2 - номера заданных частот fn; ωn=2πfn.r 1 = R r1 -R 01 , r 2 = R r2 -R 02 , x 1 = X r1 -X 01 , x 3 = X r2 -X 02 ; R r1 , R r2 , X r1 , X r2 - the optimal values of the real and imaginary components of the resistance z nn of the load at two frequencies: R vn = Re (z нn ); X vn = Im (z nn ); n = 1, 2 - numbers of the given frequencies f n ; ω n = 2πf n .
Реализация оптимальных аппроксимаций частотных характеристик сопротивления нагрузки (10) с помощью (11), (13) обеспечивает реализацию условия баланса амплитуд и баланса фаз одновременно на двух заданных частотах. В результате взаимодействия сигналов на двух частотах с нелинейным элементом в режиме генерации возникают продукты нелинейного взаимодействия с комбинационными частотами ωn=Iω1±Κω2, I, K=0, 1, 2, …The implementation of the optimal approximations of the frequency characteristics of the load resistance (10) using (11), (13) provides the implementation of the conditions for the balance of amplitudes and phase balance simultaneously at two given frequencies. As a result of the interaction of signals at two frequencies with a nonlinear element in the generation mode, products of nonlinear interaction arise with Raman frequencies ω n = Iω 1 ± Κω 2 , I, K = 0, 1, 2, ...
Предлагаемые технические решения являются новыми, поскольку из общедоступных сведений неизвестны способ и устройство генерации высокочастотных колебаний, обеспечивающие генерацию сигналов на заданном количестве частот при использовании произвольных комплексных четырехполюсников в цепи прямой передачи и цепи обратной связи и произвольного комплексного двухполюсника в качестве сопротивления источника сигнала генератора в режиме усиления, причем цепь прямой передачи выполнена из каскадно-соединенных трехполюсного нелинейного элемента и комплексного четырехполюсника и соединена с цепью обратной связи по параллельной схеме (фиг. 2), цепь прямой передачи и цепь обратной связи как единое целое включены между сопротивлением источника сигнала генератора в режиме усиления и нагрузкой в виде комплексного двухполюсника, показанного на фиг. 3. Значения параметров этого двухполюсника выбраны в соответствии со специальными математическими выражениями.The proposed technical solutions are new, because the method and device for generating high-frequency oscillations that generate signals at a given number of frequencies when using arbitrary complex four-terminal circuits in the direct transmission and feedback circuit and an arbitrary complex two-terminal circuit as the resistance of the generator signal source in the mode are unknown from publicly available information amplification, and the direct transmission circuit is made of cascade-connected three-pole nonlinear ele cantilever and integrated quadrupole and connected to the feedback circuit in a parallel circuit (Fig. 2), the direct transmission circuit and the feedback circuit as a whole are included between the resistance of the signal source of the generator in amplification mode and the load in the form of the complex two-terminal circuit shown in FIG. 3. The values of the parameters of this two-terminal device are selected in accordance with special mathematical expressions.
Предлагаемые технические решения имеют изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций (выполнение устройства генерации в виде, показанном на фиг. 2, выполнение четырехполюсников в цепи прямой передачи и цепи обратной связи комплексными, использовании произвольного комплексного сопротивления для имитации сопротивления источника сигнала в режиме усиления, формирования нагрузки из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, конденсатора с емкостью С, произвольного комплексного двухполюсника с сопротивлением Z0=R0+jX0 и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и катушки с индуктивностью L (фиг. 3), выбора значений параметров R1, C, L, R2 из условия обеспечения стационарного режима генерации на двух частотах при неизменном состоянии нелинейного трехполюсного элемента), обеспечивает одновременно формирование высокочастотных сигналов на заданных частотах при постоянной амплитуде источника постоянного напряжения и расширение области физической реализуемости.The proposed technical solutions have an inventive step, since it does not explicitly follow from the published scientific data and the known technical solutions that the claimed sequence of operations (the implementation of the generation device in the form shown in Fig. 2, the execution of the four-terminal circuits in the direct transmission and feedback circuits are complex, the use of arbitrary complex resistance to simulate the resistance of the signal source in the amplification mode, the formation of the load from series Vågå resistive two-terminal resistance R 1, a capacitor with capacitance C, an arbitrary complex two-terminal network with an impedance Z 0 = R 0 + jX 0 and connected in parallel between a second resistive two-terminal resistance R 2 and coil with inductance L (FIG. 3), selecting values of the parameters R 1, C, L, R 2 provide conditions of stationary lasing at two frequencies at a constant state of the nonlinear three-pole element) provides simultaneous formation of high-frequency signals at predetermined frequencies with tinuous amplitude DC voltage and expanding the field of physical realizability.
Предлагаемые технические решения практически применимы, так как для их реализации могут быть использованы серийно выпускаемые промышленностью нелинейные трехполюсные элементы (лампы или транзисторы), индуктивности, резисторы и емкости, сформированные в заявленную схему генератора. Оптимальные значения параметров индуктивностей, резистивных элементов и емкостей, входящих в схему формирования первого комплексного двухполюсника, могут быть однозначно определены с помощью математических выражений, приведенных в формуле изобретения.The proposed technical solutions are practically applicable, since nonlinear three-pole elements (lamps or transistors), inductors, resistors and capacitances formed in the declared generator circuit can be used commercially available from the industry. The optimal values of the parameters of inductances, resistive elements and capacitances included in the circuit for the formation of the first complex two-terminal network can be uniquely determined using mathematical expressions given in the claims.
Технико-экономическая эффективность предложенных способа и устройства заключается в одновременном обеспечении генерации высокочастотного сигнала на заданном количестве частот за счет выбора схемы и значений параметров элементов R, L, C первого комплексного двухполюсника по критерию обеспечения условий баланса фаз и амплитуд на этих частотах при неизменном состоянии нелинейного трехполюсного элемента, что позволяет формировать сложные сигналы и создавать средства радиосвязи, функционирующие на заданном количестве радиоканалов при расширении области физической реализуемости и оптимальных характеристиках нагрузки.The technical and economic efficiency of the proposed method and device consists in simultaneously ensuring the generation of a high-frequency signal at a given number of frequencies by selecting the circuit and parameter values of the elements R, L, C of the first complex two-terminal network according to the criterion of ensuring the conditions of phase balance and amplitudes at these frequencies with a non-linear state a three-pole element, which allows you to generate complex signals and create radio communications that operate on a given number of radio channels with asshirenii physical feasibility and optimal characteristics of the load.
Claims (2)
где
an, bn, cn, dn - заданные значения комплексных элементов классической матрицы передачи комплексного четырехполюсника в цепи прямой передачи на заданных частотах; - заданные значения комплексных элементов матрицы проводимостей трехполюсного нелинейного элемента в цепи прямой передачи на заданных частотах; - заданные значения комплексных элементов матрицы проводимостей комплексного четырехполюсника цепи обратной связи на заданных частотах; z0n - заданные значения комплексных сопротивлений второго двухполюсника на заданных частотах; n=1, 2, …, N - номера заданных частот.1. A method of generating high-frequency signals, based on the conversion of the energy of a constant voltage source into the energy of a high-frequency signal, the interaction of a high-frequency signal with a direct transmission circuit made of cascade-connected three-pole nonlinear element and four-terminal, load and external feedback circuit, the fulfillment of the excitation conditions in the form amplitude balance and phase balance, respectively determining the amplitude and frequency of the generated high-frequency signals, matching conditions of the circuit direct transmission with the load and conditions for matching the load with the control electrode of a three-pole nonlinear element, characterized in that the load is performed in the form of the first two-terminal with complex resistance, an arbitrary complex four-terminal connected in parallel to the direct transmission circuit, a four-terminal in the circuit are used as an external feedback circuit the direct transmission is complex, the direct transmission circuit and the feedback circuit as a single unit cascade between the second two-terminal network introduced ohm with a complex resistance that simulates the resistance of the generator signal source in the amplification mode and the load, the excitation conditions in the form of a balance of amplitudes and phase balance and matching conditions are simultaneously fulfilled at a given number of frequencies by choosing the values of the resistance of the first two-terminal device that implements the resistance z нn of the load from conditions for providing a stationary generation mode in the form of equality to zero of the denominator of the gain in gain mode simultaneously at all given frequencies generated high-frequency signals with a constant amplitude of a constant voltage source in accordance with the following mathematical expressions:
Where
a n , b n , c n , d n - given values of the complex elements of the classical transmission matrix of a complex four-terminal network in a direct transmission circuit at given frequencies; - setpoints of complex elements of the conductivity matrix of a three-pole nonlinear element in a direct transmission circuit at given frequencies; - setpoints of the complex elements of the conductivity matrix of a complex quadrupole feedback circuit at given frequencies; z 0n - set values of the complex resistances of the second two-terminal network at given frequencies; n = 1, 2, ..., N - numbers of the given frequencies.
где
an, bn, cn, dn - заданные значения комплексных элементов классической матрицы передачи комплексного четырехполюсника в цепи прямой передачи на заданных частотах - заданные значения комплексных элементов матрицы проводимостей трехполюсного нелинейного элемента в цепи прямой передачи на заданных частотах; - заданные значения комплексных элементов матрицы проводимостей комплексного четырехполюсника цепи обратной связи на заданных частотах; z0n - заданные значения комплексных сопротивлений второго двухполюсника на заданных частотах; Rr1, Rr2, Xr1, Xr2 - оптимальные значения действительных и мнимых составляющих сопротивления zнn первого двухполюсника на двух частотах; n=1, 2 - номера заданных частот. 2. The device for generating high-frequency signals, consisting of a constant voltage source, a direct transmission circuit of cascade-connected three-pole nonlinear element and four-terminal, load and external feedback circuit, characterized in that the load is made in the form of the first two-terminal with complex resistance, as a circuit external feedback used arbitrary complex four-terminal, connected in parallel to the direct transmission circuit, the four-terminal in the direct transmission circuit made complex nd, direct transmission circuit and the feedback circuit as a unit cascade connected between the introduction of the second two-pole with a complex resistance simulating impedance z 0n oscillator signal source to the amplifier mode, and a load, a first two-terminal network with a complex impedance z Hn formed of series-connected first resistor bipole with resistance R 1 , a capacitor with a capacitance C, an arbitrary complex two-terminal with a given resistance Z 0n = R 0n + jX 0n and connected in parallel to each other th resistive two-terminal with resistance R 2 and coils with inductance L, and the parameter values are determined from the condition that the denominator of the transmission coefficient at two frequencies is equal to zero using the following mathematical expressions:
Where
a n , b n , c n , d n - given values of the complex elements of the classical transmission matrix of a complex four-terminal network in a direct transmission circuit at given frequencies - setpoints of complex elements of the conductivity matrix of a three-pole nonlinear element in a direct transmission circuit at given frequencies; - setpoints of the complex elements of the conductivity matrix of a complex quadrupole feedback circuit at given frequencies; z 0n - set values of the complex resistances of the second two-terminal network at given frequencies; R r1 , R r2 , X r1 , X r2 - the optimal values of the real and imaginary components of the resistance z nn of the first two-terminal network at two frequencies; n = 1, 2 - numbers of the given frequencies.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014146319/08A RU2568379C1 (en) | 2014-11-18 | 2014-11-18 | Generation method of high-frequency signals and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014146319/08A RU2568379C1 (en) | 2014-11-18 | 2014-11-18 | Generation method of high-frequency signals and device for its implementation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2568379C1 true RU2568379C1 (en) | 2015-11-20 |
Family
ID=54597943
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014146319/08A RU2568379C1 (en) | 2014-11-18 | 2014-11-18 | Generation method of high-frequency signals and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2568379C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1211800A2 (en) * | 2000-11-08 | 2002-06-05 | Marconi Communications SPA | Amplitude modulator using a bipolar transistor |
RU2462811C2 (en) * | 2010-05-11 | 2012-09-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | High-frequency signal generation method, and device for its implementation |
RU2487444C2 (en) * | 2011-07-15 | 2013-07-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method of generating high-frequency signals and apparatus for realising said method |
RU2494527C2 (en) * | 2011-11-15 | 2013-09-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method to generate high-frequency signals and device for its realisation |
-
2014
- 2014-11-18 RU RU2014146319/08A patent/RU2568379C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1211800A2 (en) * | 2000-11-08 | 2002-06-05 | Marconi Communications SPA | Amplitude modulator using a bipolar transistor |
RU2462811C2 (en) * | 2010-05-11 | 2012-09-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | High-frequency signal generation method, and device for its implementation |
RU2487444C2 (en) * | 2011-07-15 | 2013-07-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method of generating high-frequency signals and apparatus for realising said method |
RU2494527C2 (en) * | 2011-11-15 | 2013-09-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method to generate high-frequency signals and device for its realisation |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы - М: "Дрофа"., - 2006, с. 383-401. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2486638C1 (en) | Method of generating high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU120515U1 (en) | HIGH-FREQUENCY SIGNAL GENERATOR | |
RU2496222C2 (en) | Method for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2496192C2 (en) | Method for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2486639C1 (en) | Method for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2462811C2 (en) | High-frequency signal generation method, and device for its implementation | |
RU2599352C2 (en) | Method of generating high-frequency signals and device therefor | |
RU2487444C2 (en) | Method of generating high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2599531C2 (en) | Method for generating and frequency modulating high-frequency signals and respective device | |
RU2494527C2 (en) | Method to generate high-frequency signals and device for its realisation | |
RU2589305C1 (en) | High-frequency signal generation method and device for its implementation | |
RU2568379C1 (en) | Generation method of high-frequency signals and device for its implementation | |
RU2595571C2 (en) | Method for generating and frequency modulating high-frequency signals and respective device | |
RU117236U1 (en) | DEVICE FOR GENERATION AND FREQUENCY MODULATION OF HIGH FREQUENCY SIGNALS | |
RU2592423C2 (en) | High-frequency signal generation method and device for its implementation | |
RU2598689C2 (en) | Method of generating high-frequency signals and device therefor | |
RU2595928C1 (en) | Method of generating high-frequency signals and device therefor | |
RU2589407C1 (en) | Method of generating high-frequency signals and device therefor | |
RU2587434C1 (en) | Method of generating high-frequency signals and apparatus therefor | |
RU2475934C1 (en) | Method to generate high-frequency signals | |
RU2568375C1 (en) | Method for generation and frequency modulation of high-frequency signals and apparatus therefor | |
RU2709602C1 (en) | Method for generation of high-frequency signals and device for its implementation | |
RU2500066C2 (en) | Method for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method | |
RU2698543C1 (en) | Method for generation of high-frequency signals and device for its implementation | |
RU2592401C1 (en) | High-frequency signal generation method and device for its implementation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161119 |