RU2595928C1 - Method of generating high-frequency signals and device therefor - Google Patents

Method of generating high-frequency signals and device therefor Download PDF

Info

Publication number
RU2595928C1
RU2595928C1 RU2014154188/08A RU2014154188A RU2595928C1 RU 2595928 C1 RU2595928 C1 RU 2595928C1 RU 2014154188/08 A RU2014154188/08 A RU 2014154188/08A RU 2014154188 A RU2014154188 A RU 2014154188A RU 2595928 C1 RU2595928 C1 RU 2595928C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
complex
terminal
resistance
circuit
frequencies
Prior art date
Application number
RU2014154188/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Афанасьевич Головков
Дмитрий Александрович Ишутин
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2014154188/08A priority Critical patent/RU2595928C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2595928C1 publication Critical patent/RU2595928C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: physics, communication.
SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and can be used to generate high-frequency (HF) signals. A method of generating HF signals is based on converting energy of a dc voltage source into the energy of HF signals; interaction of HF signals with a forward transmission circuit consisting of a three-terminal nonlinear element and a complex four-terminal element, a load and an external feedback circuit, which is in the form of an arbitrary complex four-terminal element; satisfying excitation conditions in the form of an amplitude balance and a phase balance, which respectively determine the amplitude and frequency of the generated HF signals, conditions of matching the forward transmission circuit with the load, which is in the form of a first two-terminal element with impedance, wherein the second two-terminal element with impedance imitates the resistance of a signal source of a generator in gain mode.
EFFECT: wider range of generated oscillations, generation of HF signals at a given number of frequencies with arbitrary load impedances.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано 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 communications and can be used to create devices for generating high-frequency signals at a given number of frequencies at arbitrary frequency characteristics of the load, which allows you to generate complex signals and create effective radio communications 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 element with a load, (see Gonorovsky IS Radio engineering circuits and signals - M: “Bustard.”, - 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 bipolar nonlinear element and varicap are selected from conditions for ensuring the given amplitude and frequency of the generated high-frequency signal ala, (see Gonorovsky IS Radio engineering circuits and signals - M: "Bustard.", - 2006, p. 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 the 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, p 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, p 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 результатаThe 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 non-linear element relative to a 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 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 цепь прямой передачи выполняют из каскадно-соединенных комплексного четырехполюсника и трехполюсного нелинейного элемента, нагрузку выполняют в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный комплексный четырехполюсник, подключенный к цепи прямой передачи по последовательно-параллельной схеме, 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 a three-pole nonlinear element and a four-pole, load and external feedback circuit, the fulfillment of the excitation conditions in the form of a balance of amplitudes and a phase balance, which respectively determine the amplitude and frequency of the generated high-frequency signals conditions for matching the direct transmission circuit with the load and the conditions for matching the load with the control electrode of a three-pole nonlinear element, additionally, the direct transmission circuit is made of cascade-connected complex four-terminal and three-pole nonlinear element, the load is performed as the first two-terminal with complex resistance, as an external circuit feedback use an arbitrary complex quadrupole connected to a direct transmission circuit in series-parallel circuits , the direct-drive circuit and the feedback circuit as a single unit cascade between the introduced second bipolar 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 amplitude balance and phase balance and matching conditions are simultaneously satisfied for a given number frequency by selecting the resistance values of the first two-terminal network that implements a load impedance z Hn, the condition providing a stationary lasing as is Twa zero denominator coefficient gain mode simultaneously on all given frequencies generated by the high-frequency signal at a constant amplitude DC voltage source in accordance with the following mathematical expression:

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
; |h|=h11h22-h12h21;Where
Figure 00000002
; | h | = h 11 h 22 -h 12 h 21 ;

Figure 00000003
Figure 00000003

an, bn, cn, dn - заданные значения комплексных элементов классической матрицы передачи комплексного четырехполюсника в цепи прямой передачи на заданных частотах; h 11 n V T

Figure 00000004
, h 12 n V T
Figure 00000005
, h 21 n V T
Figure 00000006
, h 22 n V T
Figure 00000007
- заданные значения комплексных элементов смешанной матрицы H трехполюсного нелинейного элемента в цепи прямой передачи на заданных частотах; h 11 n O C
Figure 00000008
, h 12 n O C
Figure 00000009
, h 21 n O C
Figure 00000010
, h 22 n O C
Figure 00000011
- заданные значения комплексных элементов смешанной матрицы H комплексного четырехполюсника цепи обратной связи на заданных частотах; z0n - заданные значения комплексных сопротивлений источника сигнала генератора в режиме усиления на заданных частотах; n=1,2…N - номера заданных частот.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; h eleven n V T
Figure 00000004
, h 12 n V T
Figure 00000005
, h 21 n V T
Figure 00000006
, h 22 n V T
Figure 00000007
- setpoints of complex elements of a mixed matrix H of a three-pole nonlinear element in a direct transmission circuit at given frequencies; h eleven n O C
Figure 00000008
, h 12 n O C
Figure 00000009
, h 21 n O C
Figure 00000010
, h 22 n O C
Figure 00000011
- setpoints of the complex elements of the mixed matrix H of a complex quadrupole feedback circuit at given frequencies; z 0n - set values of the complex resistances of the signal source of the generator in the amplification mode at specified frequencies; n = 1,2 ... N - numbers of the given frequencies.

2. Указанный результат достигается тем, что в устройстве генерации высокочастотных сигналов, состоящем из источника постоянного напряжения, цепи прямой передачи из трехполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника, нагрузки и цепи внешней обратной связи, дополнительно цепь прямой передачи выполнена из каскадно-соединенных комплексного четырехполюсника и трехполюсного нелинейного элемента, нагрузка выполнена в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, в качестве цепи внешней обратной связи использован произвольный комплексный четырехполюсник, подключенный к цепи прямой передачи по последовательно-параллельной схеме, цепь прямой передачи и цепь обратной связи как единый узел каскадно включены между введенным вторым двухполюсником с комплексным сопротивлением, имитирующим сопротивление источника сигнала генератора в режиме усиления, и нагрузкой, первый двухполюсник с комплексным сопротивлением zнn выполнен из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, катушки с индуктивностью L, произвольного комплексного двухполюсника с сопротивлением Z0=R0+jX0 и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и конденсатора с емкостью С, 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 a three-pole nonlinear element and a four-terminal network, a load and an external feedback circuit, an additional direct transmission circuit is made of a cascade-connected complex four-terminal and a three-pole circuit nonlinear element, the load is made in the form of the first two-terminal with complex resistance, arbitrarily used as an external feedback circuit the fourth complex four-terminal connected to the direct transmission circuit in series-parallel circuit, the direct transmission circuit and the feedback circuit as a single node are cascaded between the introduced second two-terminal with complex resistance simulating the resistance of the generator signal source in gain mode and the load, the first two-terminal with complex impedance z Hn formed of series-connected two-terminal of the first resistor with a resistance R 1, the coil with inductance L, an arbitrary compl ksnogo 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 a capacitor with capacitance C, and the values of the parameters determined from the condition that the denominator of the transfer coefficient at the two frequencies by the following mathematical expressions:

Figure 00000012
Figure 00000012

где

Figure 00000013
Where
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

r1=Rr1-R01, r2=Rr2-R02, х1=Xr101, х2=Xr2-X02; Rvn=Re(zнn); Xvn=Im(zнn);r 1 = R r1 -R 01 , r 2 = R r2 -R 02 , x 1 = X r1 -X 01 , x 2 = X r2 -X 02 ; R vn = Re (z nn ); X vn = Im (z nn );

Figure 00000015
|h|=h11h22-h12h21;
Figure 00000015
| h | = h 11 h 22 -h 12 h 21 ;

Figure 00000016
Figure 00000016

an, bn, cn, dn - заданные значения комплексных элементов классической матрицы передачи комплексного четырехполюсника в цепи прямой передачи на заданных частотах fn; ωn=2πfn; h 11 n V T

Figure 00000004
, h 12 n V T
Figure 00000005
, h 21 n V T
Figure 00000006
, h 22 n V T
Figure 00000007
- заданные значения комплексных элементов смешанной матрицы H трехполюсного нелинейного элемента в цепи прямой передачи на заданных частотах; h 11 n O C
Figure 00000008
, h 12 n O C
Figure 00000009
, h 21 n O C
Figure 00000010
, h 22 n O C
Figure 00000011
- заданные значения комплексных элементов смешанной матрицы H комплексного четырехполюсника цепи обратной связи на заданных частотах; z0n - заданные значения комплексных сопротивлений источника сигнала генератора в режиме усиления на заданных частотах; Rr1, Rr2, Xr1, Xr2 - оптимальные значения действительных и мнимых составляющих сопротивления zнn нагрузки на двух частотах; n=1,2 - номера заданных частот.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 f n ; ω n = 2πf n ; h eleven n V T
Figure 00000004
, h 12 n V T
Figure 00000005
, h 21 n V T
Figure 00000006
, h 22 n V T
Figure 00000007
- setpoints of complex elements of a mixed matrix H of a three-pole nonlinear element in a direct transmission circuit at given frequencies; h eleven n O C
Figure 00000008
, h 12 n O C
Figure 00000009
, h 21 n O C
Figure 00000010
, h 22 n O C
Figure 00000011
- setpoints of the complex elements of the mixed matrix H of a complex quadrupole feedback circuit at given frequencies; z 0n - set values of the complex resistances of the signal source of the generator in the amplification mode at specified frequencies; R r1 , R r2 , X r1 , X r2 - the optimal values of the real and imaginary components of the resistance z nn load at two frequencies; n = 1,2 - numbers of the given frequencies.

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 claim 1.

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,С-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 (first reactive four-terminal or the first matching four-terminal network) and the oscillating 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 nonlinear 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 the 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 feedback becomes positive and the conditions of the balance of phases and amplitudes are realized - the conditions for the excitation of electromagnetic oscillations. 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.The disadvantages of the prototype method and device for its implementation are described above.

Предлагаемое устройство по п. 2 (фиг. 2), реализующее предлагаемый способ по п. 1, содержит цепь прямой передачи из каскадно-соединенных комплексного четырехполюсника - 11 с известными элементами классической матрицы передачи an, bn, cn, dn на заданных частотах генерируемых сигналов и трехполюсного нелинейного элемента - 1 с известными элементами смешанной матрицы H h 11 n V T = r 11 n V T + j x 11 n V T ,   h 12 n V T = r 12 n V T + j x 12 n V T ,   h 21 n V T = r 21 n V T + j x 21 n V T ,   h 22 n V T = r 22 n V T + j x 22 n V T

Figure 00000017
Figure 00000018
на заданных частотах генерируемых сигналов, подключенного к источнику постоянного напряжения - 2 (на фиг. 2 не показан). Цепь прямой передачи из четырехполюсника - 11 и нелинейного элемента - 1 соединена по высокой частоте с цепью внешней обратной связи по последовательно-параллельной схеме (входы соединены последовательно, а выходы - параллельно). Цепь внешней обратной связи выполнена в виде произвольного комплексного четырехполюсника - 12, сформированного в общем случае на двухполюсниках с комплексными сопротивлениями. Цепь прямой передачи и цепь внешней обратной связи как единый узел каскадно включены по высокой частоте между источником входного высокочастотного сигнала в режиме усиления с произвольными сопротивлениями z0n=r0n+jx0n - 13 на заданных частотах, имитирующим сопротивление (второй комплексный двухполюсник) источника высокочастотных колебаний, возникающих при включении источника постоянного напряжения - 2 в момент скачкообразного изменения амплитуды его напряжения в режиме генерации, и нагрузкой -14, с оптимальными сопротивлениями zнn=rнn+jxнn на заданных частотах (первый двухполюсник с комплексным сопротивлением). Произвольный четырехполюсник - 12 тоже характеризуется известными значениями элементов смешанной матрицы Н h 11 n O C = r 11 n O C + j x 11 n O C ,   h 12 n O C = r 12 n O C + j x 12 n O C ,   h 21 n O C = r 21 n O C + j x 21 n O C ,   h 22 n O C = r 22 n O C + j x 22 n O C
Figure 00000019
, на заданных частотах (n=1,2 - номер частоты). Сопротивление zнn (первый двухполюсник с комплексным сопротивлением) реализовано (фиг. 3) из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, катушки с индуктивностью L, произвольного комплексного двухполюсника с сопротивлением Z0=R0+jX0 и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и конденсатора с емкостью С, а значения параметров определены из условия равенства нулю знаменателя коэффициента передачи на двух частотах с помощью специальных математических выражений. Синтез генератора (выбор значений параметров R1, C, L, R2 и схемы формирования этого двухполюсника (фиг. 3) осуществлен по критерию обеспечения баланса амплитуд и баланса фаз путем реализации равенства нулю знаменателя коэффициента передачи устройства генерации в режиме усиления одновременно на заданных частотах генерируемых сигналов при постоянной амплитуде напряжения питания. Выбор значений элементов матриц сопротивлений комплексных четырехполюсников - 11, 12 или их схем и значений параметров элементов можно осуществлять произвольно или исходя из каких-либо других физических соображений. В данном изобретении эти значения выбираются из условий физической реализуемости. В режиме генерации источник входного высокочастотного сигнала отключается и вместо него устанавливается короткозамыкающая перемычка.The proposed device according to p. 2 (Fig. 2), which implements the proposed method according to p. 1, contains a direct transmission circuit from a cascade-connected complex quadrupole - 11 with known elements of the classical transmission matrix a n , b n , c n , d n given frequencies of generated signals and a three-pole nonlinear element - 1 with known elements of a mixed matrix H h eleven n V T = r eleven n V T + j x eleven n V T , h 12 n V T = r 12 n V T + j x 12 n V T , h 21 n V T = r 21 n V T + j x 21 n V T , h 22 n V T = r 22 n V T + j x 22 n V T
Figure 00000017
Figure 00000018
at the given frequencies of the generated signals, connected to a constant voltage source - 2 (not shown in Fig. 2). The direct transmission circuit of a four-terminal device - 11 and a nonlinear element - 1 is connected at high frequency to an external feedback circuit in a serial-parallel circuit (inputs are connected in series and outputs are connected in parallel). The external feedback circuit is made in the form of an arbitrary complex four-terminal - 12, formed in the general case on two-terminal with complex resistances. The direct transmission circuit and the external feedback circuit as a single unit are cascaded at a high frequency between the source of the high-frequency input signal in the amplification mode with arbitrary resistances z 0n = r 0n + jx 0n - 13 at given frequencies simulating the resistance (second complex two-terminal) of a high-frequency source oscillations that occur when the DC voltage source - 2 is turned on at the moment of an abrupt change in the amplitude of its voltage in the generation mode, and with a load of -14, with optimal resistances z нn = r нn + jx нn at given frequencies (the first two-terminal with complex resistance). An arbitrary quadripole - 12 is also characterized by the known values of the elements of the mixed matrix H h eleven n O C = r eleven n O C + j x eleven n O C , h 12 n O C = r 12 n O C + j x 12 n O C , h 21 n O C = r 21 n O C + j x 21 n O C , h 22 n O C = r 22 n O C + j x 22 n O C
Figure 00000019
, at given frequencies (n = 1,2 - frequency number). Resistance z нn (the first two-terminal with complex resistance) is implemented (Fig. 3) from the series-connected first resistive two-terminal with resistance R 1 , a coil with inductance L, an arbitrary complex two-terminal with resistance Z 0 = R 0 + jX 0 and connected in parallel the second resistive bipolar with resistance R 2 and a capacitor with capacitance C, and the parameter values are determined from the condition that the denominator of the transmission coefficient at two frequencies be equal to zero using special mathematical their expressions. The synthesis of the generator (the choice of the values of the parameters R 1 , C, L, R 2 and the formation scheme of this two-terminal network (Fig. 3) was carried out according to the criterion for ensuring the balance of amplitudes and phase balance by implementing the equalization factor denominator of the generating device in the amplification mode simultaneously at the given frequencies generated signals at a constant amplitude of the supply voltage.The choice of the values of the elements of the resistance matrices of the complex four-terminal networks - 11, 12 or their circuits and the values of the parameters of the elements can be arbitrary and based on any other physical considerations. In this invention, these values are selected from the conditions of physical feasibility. In the generation mode, the input source of the high-frequency signal is turned off and a short-circuit jumper is installed instead.

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 отрицательного сопротивления (h11 и h22), 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=Iω1±Кω2, I,К=0,1,2…. Так как нагрузка 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 resistance in the circuit (h 11 and h 22 ), 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 with combination frequencies ω n = Iω 1 ± Kω 2 , I, K = 0,1,2 ... arise. Since the load and the quadripoles - 11, 12 are selected complex, this leads to an increase in the field of physical realizability of the stationary generation mode at a given number of frequencies.

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 по последовательно-параллельной схеме (фиг. 2). Введем обозначения зависимостей сопротивления источника сигнала в режиме усиления z0=r0+jx0, нагрузки zn=rn+jxn и известных зависимостей элементов смешанной матрицы H трехполюсного нелинейного элемента h 11 V T = r 11 V T + j x 11 V T ,   h 12 V T = r 12 V T + j x 12 V T ,   h 21 V T = r 21 V T + j x 21 V T ,   h 22 V T = r 22 V T + j x 22 V T

Figure 00000020
и цепи обратной связи h 11 O C = r 11 O C + j x 11 O C ,   h 12 = r 12 O C + j x 12 O C ,   h 21 O C = r 21 O C + j x 21 O C ,   h 22 O C = r 22 O C + j x 22 O C
Figure 00000021
от частоты, которые можно определить по известным (например, измеренным или рассчитанным) элементам матриц сопротивлений, проводимостей или передачи. Размерности элементов матрицы H: h11 (сопротивление), h12 (безразмерный), h21 (безразмерный), h22 (проводимость). Нелинейный элемент описывается смешанной матрицей H и соответствующей матрицей передачи:Let the direct transmission circuit, consisting of a cascade-connected interconnected three-pole nonlinear element and an inverter, be connected to the feedback circuit in a series-parallel circuit (Fig. 2). Let us introduce the notation of the dependences of the resistance of the signal source in the amplification mode z 0 = r 0 + jx 0 , the load z n = r n + jx n and the known dependences of the elements of the mixed matrix H of a three-pole nonlinear element h eleven V T = r eleven V T + j x eleven V T , h 12 V T = r 12 V T + j x 12 V T , h 21 V T = r 21 V T + j x 21 V T , h 22 V T = r 22 V T + j x 22 V T
Figure 00000020
and feedback circuits h eleven O C = r eleven O C + j x eleven O C , h 12 = r 12 O C + j x 12 O C , h 21 O C = r 21 O C + j x 21 O C , h 22 O C = r 22 O C + j x 22 O C
Figure 00000021
on the frequency that can be determined by known (for example, measured or calculated) elements of the matrix of resistance, conductivity or transmission. Dimensions of matrix elements H: h 11 (resistance), h 12 (dimensionless), h 21 (dimensionless), h 22 (conductivity). A nonlinear element is described by a mixed matrix H and the corresponding transfer matrix:

Figure 00000022
,
Figure 00000022
,

где

Figure 00000023
Where
Figure 00000023

Комплексный четырехполюсник (КЧ) характеризуется матрицей передачи:The complex four-terminal network (CC) is characterized by a transfer matrix:

Figure 00000024
Figure 00000024

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 (2) и (1):For the direct transmission chain, the elements of the non-normalized classical transmission matrix are obtained by multiplying the transmission matrices (2) and (1):

Figure 00000025
Figure 00000025

Соответствующие элементы смешанной матрицей H цепи прямой передачи (вторые слагаемые в (4)) и элементы смешанной матрицей H цепи ОС складываются:The corresponding elements of the mixed matrix H of the direct transmission chain (second terms in (4)) and the elements of the mixed matrix H of the OS chain are added:

Figure 00000026
Figure 00000026

где |a|=a11a22-a12a21.where | a | = a 11 a 22 -a 12 a 21 .

Ненормированные элементы матрицы передачи всего устройства:Unnormalized transfer matrix elements of the entire device:

Figure 00000027
Figure 00000027

где |h|=h11h22-h12h21. С учетом условий нормировки получим общую нормированную матрицу передачи всего устройства:where | h | = h 11 h 22 -h 12 h 21 . Taking into account the normalization conditions, we obtain the general normalized transfer matrix of the entire device:

Figure 00000028
Figure 00000028

Передаточная функция генератора в режиме усиления:Generator transfer function in gain mode:

Figure 00000029
Figure 00000029

Знаменатель (7) можно привести к виду, соответствующему иммитансному критерию устойчивости (Куликовский 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 (Kulikovsky A.A. Stability of active linearized circuits with amplifiers of a new type. M - L .: SEI, 1962, 192 pp.):

Figure 00000030
Figure 00000030

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 ). The immitance stability criterion (8) corresponds to the balance of amplitudes and phases (I. Gonorovsky, Radio engineering circuits and signals: M .: “Drofa”, 2006, p. 386):

Figure 00000031
Figure 00000031

Из равенства нулю знаменателя коэффициента передачи в режиме усиления можно найти ограничение на любую из используемых величин, например на zнn:From the fact that the denominator of the transmission coefficient in gain mode is equal to zero, one can find a restriction on any of the quantities used, for example, on z нn :

Figure 00000032
Figure 00000032

Решение (10) имеет смысл зависимостей величин zm 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 источника сигнала в режиме усиления должна быть равной частотной зависимости входного комплексного сопротивления остальной части генератора слева от zн, 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 the values of z m on the frequency, 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 resistance of the signal source in the amplification mode should be equal to the frequency dependence of the input complex resistance of the rest of the generator to the left of z n , 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 2N (n=1,2…N; 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 the 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 at least 2N (n = 1,2 ... N; N is the number of interpolation frequencies) of elements of type R, L, C, find 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 values of the parameters of the remaining elements can be selected by randomly 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, катушки с индуктивностью L, произвольного комплексного двухполюсника с сопротивлением Z0=R0+jX0 и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и конденсатора с емкостью С (фиг. 3). Комплексное сопротивление этого двухполюсника:Let a two-terminal device with resistance z n be formed from a series-connected first resistive two-terminal device with resistance R 1 , an inductor L, an arbitrary complex two-terminal device with resistance Z 0 = R 0 + jX 0 and a second resistive two-terminal device with resistance R 2 and a capacitor connected in parallel with capacity C (Fig. 3). The complex resistance of this bipolar:

Figure 00000033
Figure 00000033

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:

Figure 00000034
Figure 00000034

Решение:Decision:

Figure 00000035
Figure 00000035

где

Figure 00000036
Where
Figure 00000036

Figure 00000037
Figure 00000037

r1=Rr1-R01, r2=Rr2-R02, x1=Xr1-X01, x2=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 2 = 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 источника сигнала генератора в режиме усиления (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±Кω2, I,К=0,1,2….The implementation of optimal approximations of the frequency characteristics of the resistance of the source of the generator signal in the amplification mode (10) using (11), (13), provides the implementation of the condition of 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 ± Kω 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 оптимального первого комплексного двухполюсников в качестве нагрузки, показанного на фиг. 3, причем цепь прямой передачи выполнена из каскадно-соединенных комплексного четырехполюсника и трехполюсного нелинейного элемента и соединена с цепью обратной связи по последовательно-параллельной схеме (фиг. 2), а сопротивление источника сигнала генератора в режиме усиления реализовано произвольным вторым комплексным двухполюсником, Значения параметров первого комплексного двухполюсника выбраны в соответствии со специальными математическими выражениями.The proposed technical solutions are new, since 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 circuits and the optimal first complex two-terminal circuit as the load shown in FIG. . 3, and the direct transmission circuit is made of a cascade-connected complex four-pole and a three-pole nonlinear element and is connected to the feedback circuit in a serial-parallel circuit (Fig. 2), and the resistance of the generator signal source in the amplification mode is realized by an arbitrary second complex two-pole, Parameter values the first complex two-terminal 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 оптимальной нагрузки (первого двухполюсника комплексным сопротивлением), формирования первого комплексного двухполюсника из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, катушки с индуктивностью L, произвольного комплексного двухполюсника с сопротивлением Z0=R0+jX0 и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и конденсатора с емкостью С (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, using the optimal load (the first two-terminal with complex resistance), the formation of the first complex two-terminal from series-connected first ezistivnogo two-terminal resistance R 1, the coil with inductance L, two-terminal network with arbitrary complex impedance Z 0 = R 0 0 + jX and connected in parallel between a second two-terminal resistive with a resistance R 2 and a capacitor with capacitance C (FIG. 3) ,, selection values of the parameters R 1, C, L, R 2 provide conditions of steady state lasing at two frequencies at a constant state of the nonlinear three-pole element) provides simultaneous formation of high-frequency signals at predetermined frequencies at a constant constant 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 радиоканалах при 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 ptimalnyh characteristics of the load.

Claims (2)

1. Способ генерации 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, отличающийся тем, что цепь прямой передачи выполняют из каскадно-соединенных комплексного четырехполюсника и трехполюсного нелинейного элемента, нагрузку выполняют в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный комплексный четырехполюсник, подключенный к цепи прямой передачи по последовательно-параллельной схеме, 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:
Figure 00000038

где
Figure 00000039

Figure 00000040

Figure 00000041

an, bn, cn, dn - заданные значения комплексных элементов классической матрицы передачи комплексного четырехполюсника в цепи прямой передачи на заданных частотах;
Figure 00000042
,
Figure 00000043
,
Figure 00000044
,
Figure 00000045
- заданные значения комплексных элементов смешанной матрицы H трехполюсного нелинейного элемента в цепи прямой передачи на заданных частотах;
Figure 00000046
,
Figure 00000047
,
Figure 00000048
,
Figure 00000049
- заданные значения комплексных элементов смешанной матрицы H комплексного четырехполюсника цепи обратной связи на заданных частотах; z0n - заданные значения комплексных сопротивлений источника сигнала генератора в режиме усиления на заданных частотах; n=1, 2…N - номера заданных частот.
1. The 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 a three-pole nonlinear element and a four-terminal, load and external feedback circuit, the fulfillment of the excitation conditions in the form of a balance of amplitudes and phase balance, respectively determining the amplitude and frequency of the generated high-frequency signals, matching conditions of the direct transmission circuit with heat different conditions of the load matching with the control electrode of a three-pole nonlinear element, characterized in that the direct transmission circuit is made of cascade-connected complex four-terminal and three-pole non-linear element, the load is performed in the form of the first two-terminal with complex resistance, an arbitrary complex circuit is used as the external feedback circuit a four-terminal connected to a direct transmission circuit in series-parallel circuit, a direct transmission circuit and a feedback circuit a single node is cascaded between the introduced second two-terminal with 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 satisfied at a given number of frequencies by choosing the values of the resistance of the first two-terminal, realizing the resistance 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 transfer coefficient in p gain mode simultaneously at all given frequencies of the generated high-frequency signals with a constant amplitude of the constant voltage source in accordance with the following mathematical expressions:
Figure 00000038

Where
Figure 00000039

Figure 00000040

Figure 00000041

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;
Figure 00000042
,
Figure 00000043
,
Figure 00000044
,
Figure 00000045
- setpoints of complex elements of a mixed matrix H of a three-pole nonlinear element in a direct transmission circuit at given frequencies;
Figure 00000046
,
Figure 00000047
,
Figure 00000048
,
Figure 00000049
- setpoints of the complex elements of the mixed matrix H of a complex quadrupole feedback circuit at given frequencies; z 0n - set values of the complex resistances of the signal source of the generator in the amplification mode at specified frequencies; n = 1, 2 ... N - numbers of the given frequencies.
2. Устройство генерации высокочастотных сигналов, состоящее из источника постоянного напряжения, цепи прямой передачи из трехполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника, нагрузки и цепи внешней обратной связи, отличающееся тем, что цепь прямой передачи выполнена из каскадно-соединенных комплексного четырехполюсника и трехполюсного нелинейного элемента, нагрузка выполнена в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, в качестве цепи внешней обратной связи использован произвольный комплексный четырехполюсник, подключенный к цепи прямой передачи по последовательно-параллельной схеме, цепь прямой передачи и цепь обратной связи как единый узел каскадно включены между введенным вторым двухполюсником с комплексным сопротивлением, имитирующим сопротивление источника сигнала генератора в режиме усиления, и нагрузкой, первый двухполюсник с комплексным сопротивлением zнn выполнен из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, катушки с индуктивностью L, произвольного комплексного двухполюсника с сопротивлением Z0=R0+jX0 и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и конденсатора с емкостью С, а значения параметров определены из условия равенства нулю знаменателя коэффициента передачи на двух частотах с помощью следующих математических выражений:
Figure 00000050

где
Figure 00000051

Figure 00000052

r1=Rr1-R01, r2=Rr2-R02, x1=Xr1-X01, x2=Xr2-X02; Rvn=Re(zнn); Xvn=Im(zнn);
Figure 00000053

an, bn, cn, dn - заданные значения комплексных элементов классической матрицы передачи комплексного четырехполюсника в цепи прямой передачи на заданных частотах fn; ωn=2πfn;
Figure 00000054
,
Figure 00000055
,
Figure 00000056
,
Figure 00000057
- заданные значения комплексных элементов смешанной матрицы H трехполюсного нелинейного элемента в цепи прямой передачи на заданных частотах;
Figure 00000058
,
Figure 00000059
,
Figure 00000060
,
Figure 00000061
- заданные значения комплексных элементов смешанной матрицы H комплексного четырехполюсника цепи обратной связи на заданных частотах; z0n - заданные значения комплексных сопротивлений источника сигнала генератора в режиме усиления на заданных частотах; Rr1, Rr2, Xr1, Xr2 - оптимальные значения действительных и мнимых составляющих сопротивления zнn нагрузки на двух частотах; n=1, 2 - номера заданных частот.
2. A device for generating high-frequency signals, consisting of a constant voltage source, a direct transmission circuit of a three-pole nonlinear element and a four-terminal network, a load and an external feedback circuit, characterized in that the direct transmission circuit is made of cascade-connected complex four-terminal and a three-pole nonlinear element, load made in the form of the first two-terminal with complex resistance, an arbitrary complex four-terminal is used as an external feedback circuit, under connected to the direct transfer circuit in a serial-parallel circuit, the direct transfer circuit and the feedback circuit as a single node are cascaded between the introduced second two-terminal with complex resistance, simulating the resistance of the generator signal source in amplification mode, and the load, the first two-terminal with complex resistance z нn made of series-connected first resistive bipolar with resistance R 1 , coil with inductance L, arbitrary complex bipolar with resistance Z 0 = R 0 + jX 0 and in parallel connected to each other a second resistive bipolar with resistance R 2 and a capacitor with capacitance C, 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:
Figure 00000050

Where
Figure 00000051

Figure 00000052

r 1 = R r1 -R 01 , r 2 = R r2 -R 02 , x 1 = X r1 -X 01 , x 2 = X r2 -X 02 ; R vn = Re (z nn ); X vn = Im (z nn );
Figure 00000053

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 f n ; ω n = 2πf n ;
Figure 00000054
,
Figure 00000055
,
Figure 00000056
,
Figure 00000057
- setpoints of complex elements of a mixed matrix H of a three-pole nonlinear element in a direct transmission circuit at given frequencies;
Figure 00000058
,
Figure 00000059
,
Figure 00000060
,
Figure 00000061
- setpoints of the complex elements of the mixed matrix H of a complex quadrupole feedback circuit at given frequencies; z 0n - set values of the complex resistances of the signal source of the generator in the amplification mode at specified frequencies; R r1 , R r2 , X r1 , X r2 - the optimal values of the real and imaginary components of the resistance z nn load at two frequencies; n = 1, 2 - numbers of the given frequencies.
RU2014154188/08A 2014-12-29 2014-12-29 Method of generating high-frequency signals and device therefor RU2595928C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014154188/08A RU2595928C1 (en) 2014-12-29 2014-12-29 Method of generating high-frequency signals and device therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014154188/08A RU2595928C1 (en) 2014-12-29 2014-12-29 Method of generating high-frequency signals and device therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2595928C1 true RU2595928C1 (en) 2016-08-27

Family

ID=56892036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014154188/08A RU2595928C1 (en) 2014-12-29 2014-12-29 Method of generating high-frequency signals and device therefor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2595928C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5392009A (en) * 1993-12-22 1995-02-21 American Nucleonics Corporation Low current vector modulator
RU2403672C2 (en) * 2007-06-26 2010-11-10 Вадим Георгиевич Прокопенко Generator of chaotic oscillations
RU2486638C1 (en) * 2011-11-15 2013-06-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of generating high-frequency signals and apparatus for realising said method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5392009A (en) * 1993-12-22 1995-02-21 American Nucleonics Corporation Low current vector modulator
RU2403672C2 (en) * 2007-06-26 2010-11-10 Вадим Георгиевич Прокопенко Generator of chaotic oscillations
RU2486638C1 (en) * 2011-11-15 2013-06-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of generating high-frequency signals and apparatus for realising said method

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
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
RU117236U1 (en) DEVICE FOR GENERATION AND FREQUENCY MODULATION OF HIGH FREQUENCY SIGNALS
RU2595928C1 (en) Method of generating high-frequency signals and device therefor
RU2595571C2 (en) Method for generating and frequency modulating high-frequency signals and respective device
RU2598689C2 (en) Method of generating high-frequency signals and device therefor
RU2587434C1 (en) Method of generating high-frequency signals and apparatus therefor
RU2592423C2 (en) High-frequency signal generation method and device for its implementation
RU2589407C1 (en) Method of generating high-frequency signals and device therefor
RU2568375C1 (en) Method for generation and frequency modulation of high-frequency signals and apparatus therefor
RU2568379C1 (en) Generation method of high-frequency signals and device for its implementation
RU2475934C1 (en) Method to generate high-frequency signals
RU2709602C1 (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
RU2568374C1 (en) Method of generating high-frequency signals and apparatus therefor
RU2698543C1 (en) Method for generation of high-frequency signals and device for its implementation
RU2461952C1 (en) Method for generating high-frequency signals and device for its realisation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161230