RU2598689C2 - 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
RU2598689C2
RU2598689C2 RU2014142398/28A RU2014142398A RU2598689C2 RU 2598689 C2 RU2598689 C2 RU 2598689C2 RU 2014142398/28 A RU2014142398/28 A RU 2014142398/28A RU 2014142398 A RU2014142398 A RU 2014142398A RU 2598689 C2 RU2598689 C2 RU 2598689C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
terminal
complex
frequencies
amplitude
frequency
Prior art date
Application number
RU2014142398/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014142398A (en
Inventor
Александр Афанасьевич Головков
Владимир Александрович Головков
Николай Михайлович Тихомиров
Игорь Александрович Марков
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 RU2014142398/28A priority Critical patent/RU2598689C2/en
Publication of RU2014142398A publication Critical patent/RU2014142398A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2598689C2 publication Critical patent/RU2598689C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: method of generating high-frequency signals comprises converting the energy of a dc voltage source into the energy of a high-frequency signal by discontinuous variation of the amplitude of the dc voltage source at the moment of turning on said source, amplifying and limiting the amplitude of the high-frequency signal using a three-terminal nonlinear element and facilitating feedback. Further, the method includes satisfying excitation conditions in the form of an amplitude balance and a phase balance, which respectively determine the amplitude and frequency of the generated high-frequency signal, and conditions of matching the nonlinear element with a load using a four-terminal element. The feedback used is the internal feedback of the three-terminal nonlinear element in the form of inter-electrode connections. Excitation conditions in the form of an amplitude balance and a phase balance and matching conditions are simultaneously satisfied on a given number of frequencies through the interaction of high-frequency signals with a radio circuit in the form of a three-terminal nonlinear element with inter-electrode connections connected between the output of the four-terminal element and the load on a circuit with a common one of three electrodes. The four-terminal element is a complex element consisting of reactive and resistive elements; the input of the complex four-terminal element is connected to an additional complex two-terminal element; values of the element z22n of the resistance matrix of the complex four-terminal element are selected based on the condition of providing a steady-state generation mode in the form of the denominator of the transfer constant being equal to zero simultaneously at all given frequencies of the generated high-frequency signals for unknown amplitude of the dc voltage source.
EFFECT: enabling simultaneous generation of a high-frequency signal at a given number of frequencies.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретения относятся к области радиосвязи и могут быть использованы для создания устройств генерации высокочастотных сигналов на заданном количестве частот, 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, 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 an element with a load (see IS Gonorovsky. 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 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, 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 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, 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 high-frequency signal generating device consisting of a constant voltage source that sets an 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, RC - external positive circuit feedback between the load and the control electrode of the transistor, while the parameters of the circuit, transistor and varic and 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 oscillating circuit is supplied to the control electrode of the transistor, which, by matching with the reactive four-terminal device, starts working in the amplification mode until the amplitude of this oscillation increases to the level at which the mode saturation (amplitude limits). There is a stationary mode.

Недостатками этих 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. Более того, с помощью реактивных четырехполюсников не всегда удается обеспечить условия возникновения генерации, поскольку они имеют определенные области физической реализуемости (области изменения действительной и мнимой составляющих сопротивления нагрузки), в пределах которых реализуются условия согласования (Головков А.А. Комплексированные радиоэлектронные устройства. М.: Радио и связь, 1996. - 128 с.).The disadvantages 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. Moreover, with the help of reactive four-terminal it is not always possible to provide the conditions for the generation, since they have certain areas of physical feasibility (areas of variation of the real and imaginary components of the load resistance), within which the matching conditions are realized (A. Golovkov. Complex electronic devices. M .: Radio and communications, 1996. - 128 p.).

Техническим результатом изобретения является повышение диапазона генерируемых колебаний при использовании комплексных четырехполюсников с сосредоточенными параметрами, генерация высокочастотных сигналов на заданном количестве частот и расширение области физической реализуемости, что позволяет формировать сложные сигналы и создавать эффективные устройства генерации для средств радиосвязи с заданным количеством радиоканалов при любых заданных частотных характеристик нагрузки.The technical result of the invention is to increase the range of generated oscillations when using complex four-terminal with concentrated parameters, the generation of high-frequency signals at a given number of frequencies and the expansion of the field of physical feasibility, 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 load characteristics.

1. Указанный результат достигается тем, что в известном способе генерации высокочастотных сигналов, состоящем в том, что энергию источника постоянного напряжения преобразуют в энергию высокочастотного сигнала за счет скачкообразного изменения амплитуды источника постоянного напряжения в момент его включения, усиливают и ограничивают амплитуду высокочастотного сигнала с помощью трехполюсного нелинейного элемента и организации обратной связи, выполняют условия возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемого высокочастотного сигнала, и условия согласования нелинейного элемента с нагрузкой с помощью четырехполюсника, дополнительно в качестве обратной связи используют внутреннюю обратную связь трехполюсного нелинейного элемента в виде межэлектродных связей, условия возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз и условия согласования одновременно выполняют на заданном количестве частот за счет того, что осуществляют взаимодействие высокочастотных сигналов с радиотехнической цепью в виде трехполюсного нелинейного элемента с межэлектродными связями, включенного между выходом четырехполюсника и нагрузкой по схеме с общим одним из трех электродов, четырехполюсник выполняют комплексным из реактивных и резистивных элементов, к входу комплексного четырехполюсника подключают дополнительный комплексный двухполюсник, значения элемента z22n матрицы сопротивлений комплексного четырехполюсника выбирают из условия обеспечения стационарного режима генерации в виде равенства нулю знаменателя коэффициента передачи одновременно на всех заданных частотах генерируемых высокочастотных сигналов при неизменной амплитуде источника постоянного напряжения в соответствии со следующим математическим выражением:1. The specified result is achieved by the fact that in the known method of generating high-frequency signals, which consists in the fact that the energy of a constant voltage source is converted into energy of a high-frequency signal by abruptly changing the amplitude of the constant voltage source at the time of its inclusion, amplify and limit the amplitude of the high-frequency signal using of a three-pole nonlinear element and feedback organization, fulfill the excitation conditions in the form of a balance of amplitudes and phase balance, which determine the corresponding In particular, the amplitude and frequency of the generated high-frequency signal, and the conditions for matching a nonlinear element with a load using a four-terminal device, additionally use the internal feedback of a three-pole nonlinear element in the form of interelectrode bonds as the feedback, the excitation conditions in the form of amplitude balance and phase balance and matching conditions are simultaneously satisfied at a given number of frequencies due to the fact that the interaction of high-frequency signals with a radio circuit in the form of three olyusnogo nonlinear element with interelectrode bonds between the output quadripole and the load on the circuit with a common one of the three electrodes quadripole operate complex of the reactive and resistive elements, to the input of integrated quadripole, an additional integrated two-terminal, element values z 22n matrix complex quadripole resistance selected from conditions for ensuring the stationary generation regime in the form of equal to zero denominator of the transmission coefficient simultaneously on Cex predetermined 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
;
Figure 00000003
,
Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
- заданные значения соответствующих элементов матрицы сопротивлений трехполюсного нелинейного элемента с межэлектродными связями на заданном количестве частот при заданной амплитуде постоянного напряжения; z11n, z21n - заданные значения соответствующих элементов матрицы сопротивлений комплексного четырехполюсника на заданном количестве частот; z0n - заданные значения комплексных сопротивлений дополнительного двухполюсника на заданном количестве частот; zнn - заданные значения комплексных сопротивлений нагрузки на заданном количестве частот; n=1, 2… - номера частот.Where
Figure 00000002
;
Figure 00000003
,
Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
- the set values of the corresponding elements of the resistance matrix of a three-pole nonlinear element with interelectrode bonds at a given number of frequencies for a given amplitude of a constant voltage; z 11n , z 21n - set values of the corresponding elements of the resistance matrix of a complex four-terminal network at a given number of frequencies; z 0n - set values of the complex resistances of the additional two-terminal network at a given number of frequencies; z nn - set values of the complex load resistances at a given number of frequencies; n = 1, 2 ... - frequency numbers.

2. Указанный результат достигается тем, что в устройстве генерации высокочастотных сигналов, состоящем из источника постоянного напряжения, трехполюсного нелинейного элемента, четырехполюсника и нагрузки, дополнительно использован нелинейный элемент с межэлектродными связями, четырехполюсник выполнен комплексным в виде каскадно-соединенных двух Г-образных соединений четырех двухполюсников с комплексными сопротивлениями z1n, z2n, z3n, z4n, четвертый двухполюсник каскадно-соединенных двух Г-образных соединений сформирован из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, первой катушки с индуктивностью L1 и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и второй катушки с индуктивностью L2, трехполюсный нелинейный элемент с межэлектродными связями включен между выходом комплексного четырехполюсника и нагрузкой по схеме с общим одним из трех электродов, к входу комплексного четырехполюсника подключен дополнительный двухполюсник с комплексным сопротивлением, а значения параметров четвертого двухполюсника каскадно-соединенных двух Г-образных соединений определены в соответствии со следующими математическими выражениями:2. The indicated result is achieved by the fact that in the device for generating high-frequency signals, consisting of a constant voltage source, a three-pole nonlinear element, a four-terminal device and a load, a nonlinear element with interelectrode connections is additionally used, the four-terminal device is complex in the form of cascade-connected two L-shaped connections of four two-terminal networks with complex impedances z 1n, z 2n, z 3n , z 4n, fourth two-pole cascade-connected two T-shaped joints formed of SEQ Tel'nykh connected first resistive two-terminal resistance R 1, the first coil with inductance L 1, and connected in parallel between a second resistive two-terminal resistance R 2 and a second coil with inductance L 2, three-pole nonlinear element with interelectrode links included between the output of the complex four-pole and the load on circuit with a common one of the three electrodes, an additional two-terminal with complex resistance is connected to the input of the complex four-terminal network, and the parameter values The Fourth two-terminal cascade-connected two T-shaped connections are defined in accordance with the following mathematical expression:

Figure 00000007
;
Figure 00000008
;
Figure 00000007
;
Figure 00000008
;

Figure 00000009
;
Figure 00000009
;

Figure 00000010
;
Figure 00000010
;

где r1, r2, x1, x2 - оптимальные значения действительных и мнимых составляющих сопротивления четвертого комплексного двухполюсника комплексного четырехполюсника на двух частотах;

Figure 00000011
- оптимальные значения сопротивления четвертого комплексного двухполюсника комплексного четырехполюсника на двух частотах;where r 1 , r 2 , x 1 , x 2 are the optimal values of the real and imaginary components of the resistance of the fourth complex two-terminal complex four-terminal at two frequencies;
Figure 00000011
- the optimal resistance values of the fourth complex two-terminal complex four-terminal at two frequencies;

Figure 00000012
;
Figure 00000013
,
Figure 00000014
,
Figure 00000015
,
Figure 00000016
- заданные значения соответствующих элементов матрицы сопротивлений трехполюсного нелинейного элемента с межэлектродными связями на заданном количестве частот при заданной амплитуде постоянного напряжения; z1n, Z2n, Z3n - заданные значения сопротивлений первого, второго и третьего комплексных двухполюсников комплексного четырехполюсника на двух частотах; z0n - заданные значения комплексных сопротивлений дополнительного двухполюсника на двух частотах; zнn - заданные значения комплексных сопротивлений нагрузки на двух частотах; ω1,2=2πf1,2; n=1,2 - номера заданных двух частот f1,2.
Figure 00000012
;
Figure 00000013
,
Figure 00000014
,
Figure 00000015
,
Figure 00000016
- the set values of the corresponding elements of the resistance matrix of a three-pole nonlinear element with interelectrode bonds at a given number of frequencies for a given amplitude of a constant voltage; z 1n , Z 2n , Z 3n - set values of the resistances of the first, second and third complex two-terminal complex four-terminal at two frequencies; z 0n - set values of the complex resistances of the additional two-terminal network at two frequencies; z нn - set values of the complex load resistances at two frequencies; ω 1,2 = 2πf 1,2 ; n = 1,2 - numbers of the given two frequencies f 1,2 .

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 по п. 2., реализующая предлагаемый способ по п. 1.In FIG. 2 shows a structural diagram of the proposed device according to p. 2., which implements the proposed method according to p. 1.

На фиг. 3 приведена схема комплексного четырехполюсника, входящего в предлагаемое устройство, схема которого представлена на фиг. 2.In FIG. 3 shows a diagram of a complex quadrupole included in the proposed device, a diagram of which is shown in FIG. 2.

На фиг. 4 приведена схема четвертого комплексного двухполюсника, входящего в четырехполюсник, схема которого представлена на фиг. 3.In FIG. 4 is a diagram of a fourth complex two-terminal network included in a four-terminal network, the circuit of which is shown in FIG. 3.

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 (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 load-7. The first SFU-3 is connected between the output electrode of a 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 to the second two-terminal-10 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 a constant voltage source-2 is turned on, due to an abrupt change in the amplitude, oscillations occur 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 external feedback, matching the output electrode of the three-pole nonlinear element and load (direct transmission circuit) with the first reactive four-terminal-3, matching with the feedback circuit (the first two-terminal-8 with complex resistance, the second reactive four-terminal-9 and second bipolar-10 with complex resistance) 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 трехполюсный нелинейный элемент-1 с известными элементами матрицы сопротивлений

Figure 00000017
;
Figure 00000018
;
Figure 00000019
Figure 00000020
на заданных частотах генерируемых сигналов, подключенный к источнику постоянного напряжения-2. Дополнительный двухполюсник-11 имитирует сопротивление z0n=r0n+jx0n источника высокочастотных колебаний в режиме усиления, возникающих при включении источника постоянного напряжения-2 в момент скачкообразного изменения амплитуды его напряжения в режиме генерации и подключен к входу комплексного четырехполюсника-12. Трехполюсный нелинейный элемент-1 включен по высокой частоте между выходом четырехполюсника-12 и нагрузкой-13 с сопротивлениями zнn=rнn+jxнn на заданных частотах. Четырехполюсник-12 (согласующее-фильтрующее устройство (СФУ)) выполнен комплексным в виде двух каскадно-соединенных Г-образных соединений четырех комплексных двухполюсников (Фиг. 3) с заданными сопротивлениями z1n - 14, z2n - 15, z3n - 16, z4n - 17. Синтез генератора (выбор значений элемента z22 матрицы сопротивлений СФУ, схемы четвертого двухполюсника СФУ из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1 - 18, первой катушки с индуктивностью L1 - 19 и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 - 20 и второй катушки с индуктивностью L2 - 21 (Фиг. 4) и значений этих параметров) осуществлен по критерию обеспечения баланса амплитуд и баланса фаз путем реализации равенства нулю знаменателя коэффициента передачи устройства генерации в режиме усиления одновременно на двух заданных частотах генерируемых сигналов при постоянной амплитуде постоянного напряжения. 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 three-pole non-linear element-1 with known elements of the resistance matrix
Figure 00000017
;
Figure 00000018
;
Figure 00000019
Figure 00000020
at given frequencies of the generated signals, connected to a constant voltage source-2. An additional two-terminal-11 simulates the resistance z 0n = r 0n + jx 0n of a high-frequency oscillation source in the amplification mode that occurs when a constant-voltage source-2 is turned on at the time of an abrupt change in its voltage amplitude in the generation mode and is connected to the input of a complex four-terminal-12. The three-pole non-linear element-1 is switched on at a high frequency between the output of the four-terminal-12 and the load-13 with resistances z нn = r нn + jx нn at given frequencies. The four-terminal-12 (matching-filtering device (SFU)) is made complex in the form of two cascade-connected L-shaped connections of four complex two-terminal devices (Fig. 3) with specified resistances z 1n - 14, z 2n - 15, z 3n - 16, z 4n - 17. Synthesis generator (selection resistances matrix element values z SibFU 22, the fourth two-pole circuit SibFU of series-connected two-terminal of the first resistor with a resistance R 1 - 18, the first coil with inductance L 1 - 19 and a parallel-connected between the second resistive bipole Single resistance R 2 - 20 and a second coil with inductance L 2 - 21 (. Figure 4) and values for those parameters) carried by the criterion to balance the amplitude and phase balance by implementing the vanishing denominator generation unit gain in the amplification mode, simultaneously on two given frequencies of the generated signals at a constant amplitude of a constant voltage. 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 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 (образуется за счет имеющихся межэлектродных связей трехполюсного нелинейного элемента, например межэлектродных емкостей) в цепи возникает отрицательное сопротивление, которое в силу синтеза указанным образом комплексного четырехполюсника-12 компенсирует потери во всей цепи одновременно на двух заданных частотах. 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 элементов возникают продукты нелинейного взаимодействия с комбинационными частотами ωn=Ιω1±Κω2, I, K=0, 1, 2….When a constant voltage source-2 is turned on, due to an abrupt change in the amplitude, oscillations occur 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 (formed due to the existing interelectrode bonds of a three-pole nonlinear element, for example, interelectrode capacitances), a negative resistance arises in the circuit, which, due to the synthesis of the complex four-pole-12 in this way, compensates for losses in the entire circuit simultaneously at two given frequencies. 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 nonlinear elements, products of nonlinear interaction with combination frequencies ω n = Ιω 1 ± Κω 2 , I, K = 0, 1, 2 ... arise.

Докажем возможность реализации указанных свойств. Пусть известны зависимости сопротивления z0=r0+jx0 воображаемого источника сигнала, возникающего при включении источника постоянного напряжения, нагрузки zн=rн+jxн и зависимости действительной и мнимой составляющих элементов матрицы сопротивлений трехполюсного нелинейного элемента r 11 *

Figure 00000021
, r 12 *
Figure 00000022
, r 21 *
Figure 00000023
r 22 *
Figure 00000024
, x 11 *
Figure 00000025
x 12 *
Figure 00000026
, x 21 *
Figure 00000027
, x 22 *
Figure 00000028
от частоты при заданной амплитуде постоянного напряжения. Для простоты записи аргументы ω=2πf (круговая частота) и U, I (напряжение или ток постоянной амплитуды источника питания) опущены. Таким образом, известна матрица сопротивлений транзистора:Let us prove the feasibility of implementing these properties. Let the dependences of the resistance z 0 = r 0 + jx 0 of an imaginary signal source that occurs when the DC voltage source, the load z n = r n + jx n and the dependences of the real and imaginary components of the resistance matrix of a three-pole nonlinear element be known r eleven *
Figure 00000021
, r 12 *
Figure 00000022
, r 21 *
Figure 00000023
r 22 *
Figure 00000024
, x eleven *
Figure 00000025
x 12 *
Figure 00000026
, x 21 *
Figure 00000027
, x 22 *
Figure 00000028
from frequency at a given amplitude of a constant voltage. For simplicity of writing, the arguments ω = 2πf (circular frequency) and U, I (voltage or current of constant amplitude of the power source) are omitted. Thus, the transistor resistance matrix is known:

Figure 00000029
Figure 00000029

и соответствующая ей классическая матрица передачи:and the corresponding classical transfer matrix:

Figure 00000030
Figure 00000030

где

Figure 00000031
. Знак * введен в интересах обеспечения отличия элементов матрицы сопротивлений трехполюсного элемента от соответствующих элементов матриц сопротивлений комплексного четырехполюсника или СФУ:Where
Figure 00000031
. The sign * is introduced in the interest of ensuring the difference between the elements of the resistance matrix of a three-pole element from the corresponding elements of the resistance matrices of a complex four-terminal or SFU:

Figure 00000032
Figure 00000032

и соответствующей классической матрицы передачи:and the corresponding classical transfer matrix:

Figure 00000033
Figure 00000033

где

Figure 00000034
- определитель матрицы (3) с учетом условия взаимности комплексного четырехполюсника z12=-z21.Where
Figure 00000034
- determinant of the matrix (3), taking into account the reciprocity condition of the complex four-terminal network z 12 = -z 21 .

Перемножим матрицы (4) и (2). С учетом условий нормировки (Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1971. с. 34-36) получим общую нормированную классическую матрицу передачи всего устройства генерации в режиме усиления:Multiply matrices (4) and (2). Taking into account the normalization conditions (Feldstein A.L., Yavich L.R. Synthesis of four-terminal and eight-terminal devices on a microwave. M .: Svyaz, 1971. p. 34-36), we obtain the general normalized classical transmission matrix of the entire generation device in amplification mode:

Figure 00000035
Figure 00000035

Используя известные соотношения между элементами классической матрицы передачи и элементами матрицы рассеяния (там же) с учетом (5) получим выражение для коэффициента передачи:Using the known relations between the elements of the classical transfer matrix and the elements of the scattering matrix (ibid.), Taking into account (5), we obtain the expression for the transfer coefficient:

Figure 00000036
Figure 00000036

Физически реализуемая передаточная функция связана с коэффициентом передачи простым соотношением:

Figure 00000037
.A physically realized transfer function is related to the transfer coefficient by a simple relation:
Figure 00000037
.

Покажем, что условие обеспечения стационарного режима генерации (условие баланса амплитуд и баланса фаз) соответствует равенству нулю знаменателя коэффициента передачи (6).Let us show that the condition for ensuring the stationary generation mode (the condition of the balance of amplitudes and phase balance) corresponds to the vanishing of the denominator of the transmission coefficient (6).

Знаменатель коэффициента передачи в режиме усиления представим в виде, соответствующем условию возникновения стационарного режима генерации (Куликовский А.А. Устойчивость активных линеаризованных цепей с усилительными приборами нового типа. М-Л.: ГЭИ, 1962. 192 с.):

Figure 00000038
, где первое слагаемое - это сопротивление z0 пассивной части генератора; второе слагаемое с учетом матриц передачи (2), (4) - это входное сопротивление активной части генератора в виде комплексного четырехполюсника, нагруженного на входное сопротивление
Figure 00000039
трехполюсного нелинейного элемента, нагруженного на сопротивление zн нагрузки. Если это условие записать в виде другого равенства
Figure 00000040
, то ее можно трактовать как условие баланса амплитуд и баланса фаз 1-КВ=0 (Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М: «Дрофа»., - 2006, с. 383-401) для эквивалентной цепи с внешней положительной обратной связью.The denominator of the gain in gain mode is represented in the form corresponding to the condition for the emergence of a stationary generation mode (A. Kulikovsky. Stability of active linearized circuits with amplifiers of a new type. M-L.: SEI, 1962. 192 pp.):
Figure 00000038
where the first term is the resistance z 0 of the passive part of the generator; the second term, taking into account the transfer matrices (2), (4), is the input resistance of the active part of the generator in the form of a complex four-terminal, loaded on the input resistance
Figure 00000039
a three-pole non-linear element, loaded on the resistance z n load. If this condition is written as another equality
Figure 00000040
, then it can be interpreted as a condition for the balance of amplitudes and phase balance 1-KB = 0 (Gonorovsky IS Radio engineering circuits and signals. - M: “Bustard.”, - 2006, p. 383-401) for an equivalent circuit with an external positive feedback.

Решение комплексного уравнения, сформированного из равенства нулю знаменателя (6):The solution of the complex equation formed from the equal to zero denominator (6):

Figure 00000041
Figure 00000041

Полученная взаимосвязь элементов матрицы сопротивлений СФУ (7) с учетом заданных частотных зависимостей z11, z21, z0, zн, z 11 *

Figure 00000042
, z 12 *
Figure 00000043
, z 21 *
Figure 00000044
z 22 *
Figure 00000045
является оптимальной аппроксимирующей функцией частотной зависимости соответствующего элемента (Z11) матрицы сопротивлений СФУ. Если реализовать эту аппроксимирующую функцию в пределах какой-либо полосы частот или на отдельных частотах, то в этой полосе частот или на этих частотах будут обеспечены условия баланса фаз и амплитуд. Для этого необходимо взять любую типовую схему СФУ, найти матрицу сопротивлений этой схемы и найденные таким образом элементы этой матрицы, выраженные через параметры схемы, подставить в (7) и решить сформированное комплексное уравнение относительно сопротивления выбранного одного двухполюсника. Частотные характеристики остальных параметров r0, x0, rн, xн, r 12 *
Figure 00000046
, r 21 *
Figure 00000047
, r 22 *
Figure 00000048
, x 12 *
Figure 00000049
, x 21 *
Figure 00000050
, x 22 *
Figure 00000051
и оставшихся двухполюсников СФУ могут быть выбраны произвольно или исходя из каких-либо других физических соображений.The resulting relationship of the elements of the resistance matrix of SFU (7), taking into account the given frequency dependences z 11 , z 21 , z 0 , z n , z eleven *
Figure 00000042
, z 12 *
Figure 00000043
, z 21 *
Figure 00000044
z 22 *
Figure 00000045
is an optimal approximating function of the frequency dependence of the corresponding element (Z 11 ) of the SFU resistance matrix. If this approximating function is realized within any frequency band or at separate frequencies, then in this frequency band or at these frequencies the conditions of phase and amplitude balance will be provided. For this, it is necessary to take any typical SFU circuit, find the resistance matrix of this circuit and the elements of this matrix found in this way, expressed in terms of the circuit parameters, substitute in (7) and solve the generated complex equation for the resistance of the selected one two-terminal network. The frequency characteristics of the remaining parameters r 0 , x 0 , r n , x n , r 12 *
Figure 00000046
, r 21 *
Figure 00000047
, r 22 *
Figure 00000048
, x 12 *
Figure 00000049
, x 21 *
Figure 00000050
, x 22 *
Figure 00000051
and the remaining two-terminal SFUs can be chosen arbitrarily or on the basis of any other physical considerations.

В соответствии с изложенным алгоритмом получены выражения для отыскания оптимальной аппроксимации частотной зависимости комплексного сопротивления четвертого двухполюсника СФУ (комплексного четырехполюсника) в виде каскадно-соединенных двух Г-образных соединений (фиг. 4) из четырех комплексных двухполюсников:In accordance with the above algorithm, expressions are obtained for finding the optimal approximation of the frequency dependence of the complex resistance of the fourth SFU bipolar (complex quadrupole) in the form of cascade-connected two L-shaped connections (Fig. 4) from four complex two-terminal devices:

Figure 00000052
Figure 00000052

где n=1, 2… - номера частот интерполяции. Сопротивления z1n, z2n, z3n могут быть выбраны 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 (8) состоит в том, что частотная зависимость комплексного сопротивления четвертого двухполюсника СФУ должна быть обратной по знаку и равной по модулю суммарной частотной зависимости входного комплексного сопротивления устройства справа от z4n и входного комплексного сопротивления устройства слева от z4n. При этом обеспечивалась бы генерация на всем спектре частот. Однако реализация (8) в сплошной, даже очень узкой полосе частот, не возможна.where n = 1, 2 ... are the numbers of the interpolation frequencies. Resistance z 1n , z 2n , z 3n 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 (8) is that the frequency dependence of the complex resistance of the fourth SFU bipolar should be inverse in sign and equal in absolute value to the total frequency dependence of the input complex resistance of the device to the right of z 4n and the input complex resistance of the device to the left of z 4n . In this case, generation would be ensured over the entire frequency spectrum. However, the implementation of (8) in a continuous, even very narrow frequency band, is not possible.

Для реализации оптимальной аппроксимации (8) на конечном числе частот методом интерполяции необходимо сформировать двухполюсник с сопротивлением z4n из не менее чем 2Ν (Ν - число частот интерполяции) элементов типа R, L, C, найти выражения для их сопротивлений, приравнять их оптимальным значениям сопротивлений двухполюсника на заданных частотах, определенным по формулам (8), 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. Пусть четвертый двухполюсник СФУ с сопротивлением z4n сформирован из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, первой катушки с индуктивностью L1 и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и второй катушки с индуктивностью L2 (фиг. 4). Комплексное сопротивление четвертого двухполюсника СФУ:To implement optimal approximation (8) on a finite number of frequencies by interpolation, it is necessary to form a two-terminal network with a resistance z 4n of at least 2Ν (Ν is the number of interpolation frequencies) of elements of type R, L, C, find expressions for their resistances, and equate their optimal values resistances of a two-terminal network at given frequencies, determined by formulas (8), and solve the system of 2N equations formed in this way with respect to 2N selected parameters R, L, C. The values of the parameters of the remaining elements can be chosen arbitrarily or on the basis of any other physical considerations, such as the condition of physical realizability. Let the fourth SFU bipolar with resistance z 4n be formed from the first resistive bipolar with resistance R 1 connected in series, the first coil with inductance L 1 and the second resistive bipolar with resistance R 2 and the second coil with inductance L 2 connected in parallel (Fig. 4) . The complex resistance of the fourth bipolar SFU:

Figure 00000053
Figure 00000053

Разделим в (9) между собой действительную и мнимую части и для N=2 составим систему четырех уравнений:In (9), we divide the real and imaginary parts between ourselves and for N = 2 we compose a system of four equations:

Figure 00000054
Figure 00000054

Решение:Decision:

Figure 00000055
;
Figure 00000056
Figure 00000055
;
Figure 00000056

Figure 00000057
;
Figure 00000057
;

Figure 00000058
Figure 00000058

r1, r2, х1, х2 - оптимальные значения действительных и мнимых составляющих сопротивления второго комплексного двухполюсника комплексного четырехполюсника на двух частотах.r 1 , r 2 , x 1 , x 2 are the optimal values of the real and imaginary components of the resistance of the second complex two-terminal complex four-terminal at two frequencies.

Реализация оптимальных аппроксимаций частотных характеристик четырехполюсника (7) с помощью каскадно-соединенных двух Г-образных звеньев (8) и четвертого двухполюсника этих звеньев с помощью (9), (11), 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=Ιω1±Κω2, I, K=0, 1, 2…The implementation of optimal approximations of the frequency characteristics of the four-terminal network (7) with the help of cascade-connected two L-shaped links (8) and the fourth two-terminal network of these links using (9), (11), provides the implementation of the condition 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 = Ιω 1 ± Κω 2 , I, K = 0, 1, 2 ...

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 четырехполюсника комплексным в виде указанным выше способом соединенных между собой четырех двухполюсников (фиг. 3), формирования четвертого двухполюсника из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, первой катушки с индуктивностью L1 и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и второй катушки с индуктивностью L2 (фиг. 4), выбора значений элемента z22 матрицы сопротивлений комплексного четырехполюсника, выбора значений параметров четвертого двухполюсника СФУ из условия обеспечения стационарного режима генерации на двух частотах при неизменном состоянии трехполюсного нелинейного элемента), обеспечивает одновременно формирование высокочастотных сигналов на заданных частотах при постоянной амплитуде источника постоянного напряжения.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 generating device in the form shown in Fig. 2, the execution of the four-terminal system in the form of four connected in the form described above two-terminal (FIG. 3), the formation of the fourth two-terminal series-connected two-terminal of the first resistor to the resistance R 1, the first katu ki with inductance L 1, and connected in parallel between a second resistive two-terminal resistance R 2 and a second coil with inductance L 2 (FIG. 4), selecting the values of the element z 22 matrix resistances integrated quadripole, selecting parameters of the fourth two-pole SibFU of conditions ensuring steady generation mode at two frequencies with an unchanged state of a three-pole nonlinear element), simultaneously provides the formation of high-frequency signals at given frequencies at a constant amp Occurrence of a constant voltage source.

Предлагаемые технические решения практически применимы, так как для их реализации могут быть использованы серийно выпускаемые промышленностью транзисторы (p-n-p или n-p-n), индуктивности, резисторы и емкости, сформированные в заявленную схему комплексного четырехполюсника. Значения параметров резистивных элементов и индуктивностей, входящих в схему четвертого двухполюсника СФУ, могут быть однозначно определены с помощью математических выражений, приведенных в формуле изобретения.The proposed technical solutions are practically applicable, since transistors (p-n-p or n-p-n), inductances, resistors and capacitances formed in the claimed circuit of a complex four-terminal circuit can be used for their implementation. The values of the parameters of the resistive elements and inductances included in the circuit of the fourth two-terminal SFU 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 комплексного четырехполюсника по критерию обеспечения условий баланса фаз и амплитуд на этих частотах при неизменном состоянии нелинейного двухполюсного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением, что позволяет формировать сложные сигналы и создавать средства радиосвязи, функционирующие на заданном количестве радиоканалах при произвольных 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 of the complex, quadrupole, according to the criterion of providing conditions for the balance of phases and amplitudes at these frequencies with a non-linear bipolar state element with negative differential resistance, which allows you to generate complex signals and create radio communications, functioning at a given number of radio channels with arbitrary load characteristics.

Claims (2)

1. Способ генерации высокочастотных сигналов, состоящий в том, что энергию источника постоянного напряжения преобразуют в энергию высокочастотного сигнала за счет скачкообразного изменения амплитуды источника постоянного напряжения в момент его включения, усиливают и ограничивают амплитуду высокочастотного сигнала с помощью трехполюсного нелинейного элемента и организации обратной связи, выполняют условия возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемого высокочастотного сигнала, и условия согласования нелинейного элемента с нагрузкой с помощью четырехполюсника, отличающийся тем, что в качестве обратной связи используют внутреннюю обратную связь трехполюсного нелинейного элемента в виде межэлектродных связей, условия возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз и условия согласования одновременно выполняют на заданном количестве частот за счет того, что осуществляют взаимодействие высокочастотных сигналов с радиотехнической цепью в виде трехполюсного нелинейного элемента с межэлектродными связями, включенного между выходом четырехполюсника и нагрузкой по схеме с общим одним из трех электродов, четырехполюсник выполняют комплексным из реактивных и резистивных элементов, к входу комплексного четырехполюсника подключают дополнительный комплексный двухполюсник, значения элемента z22n матрицы сопротивлений комплексного четырехполюсника выбирают из условия обеспечения стационарного режима генерации в виде равенства нулю знаменателя коэффициента передачи одновременно на всех заданных частотах генерируемых высокочастотных сигналов при неизменной амплитуде источника постоянного напряжения в соответствии со следующим математическим выражением:
Figure 00000059

где
Figure 00000060
- заданные значения соответствующих элементов матрицы сопротивлений трехполюсного нелинейного элемента с межэлектродными
связями на заданном количестве частот при заданной амплитуде постоянного напряжения; z11n, z21n - заданные значения соответствующих элементов матрицы сопротивлений комплексного четырехполюсника на заданном количестве частот; z0n - заданные значения комплексных сопротивлений дополнительного двухполюсника на заданном количестве частот; zнn - заданные значения комплексных сопротивлений нагрузки на заданном количестве частот; n=1, 2… - номера частот.
1. The method of generating high-frequency signals, which consists in the fact that the energy of a constant voltage source is converted into energy of a high-frequency signal due to a stepwise change in the amplitude of the constant voltage source at the time of its inclusion, amplify and limit the amplitude of the high-frequency signal using a three-pole nonlinear element and organization of feedback, excitation conditions are fulfilled in the form of a balance of amplitudes and a phase balance, which respectively determine the amplitude and frequency of the generated high frequencies signal, and the conditions for matching a nonlinear element with a load using a four-terminal device, characterized in that the internal feedback of a three-pole nonlinear element in the form of interelectrode bonds is used as feedback, the excitation conditions in the form of a balance of amplitudes and phase balance and matching conditions are simultaneously satisfied at a given the number of frequencies due to the fact that the interaction of high-frequency signals with a radio circuit in the form of a three-pole nonlinear element with interelectrode by connecting between the output of the four-terminal and the load according to a circuit with a common one of three electrodes, the four-terminal is made of a complex of reactive and resistive elements, an additional complex two-terminal is connected to the input of the complex four-terminal, the values of the element z 22n of the resistance matrix of the complex four-terminal are selected from the condition for ensuring the stationary mode generation in the form of equality to zero of the denominator of the transmission coefficient simultaneously at all given frequencies of the generated high-frequency of the corresponding signals at a constant amplitude of the constant voltage source in accordance with the following mathematical expression:
Figure 00000059

Where
Figure 00000060
- set values of the corresponding elements of the resistance matrix of a three-pole nonlinear element with interelectrode
connections on a given number of frequencies for a given amplitude of a constant voltage; z 11n , z 21n - set values of the corresponding elements of the resistance matrix of a complex four-terminal network at a given number of frequencies; z 0n - set values of the complex resistances of the additional two-terminal network at a given number of frequencies; z nn - set values of the complex load resistances at a given number of frequencies; n = 1, 2 ... - frequency numbers.
2. Устройство генерации высокочастотных сигналов, состоящее из источника постоянного напряжения, трехполюсного нелинейного элемента, четырехполюсника и нагрузки, отличающееся тем, что использован трехполюсный нелинейный элемент с межэлектродными связями, четырехполюсник выполнен комплексным в виде каскадно-соединенных двух Г-образных соединений четырех двухполюсников с комплексными сопротивлениями z1n, z2n, z3n, z4n, четвертый двухполюсник каскадно-соединенных двух Г-образных соединений сформирован из последовательно соединенных первого резистивного двухполюсника с сопротивлением R1, первой катушки с индуктивностью L1 и параллельно соединенных между собой второго резистивного двухполюсника с сопротивлением R2 и второй катушки с индуктивностью L2, трехполюсный нелинейный элемент с межэлектродными связями включен между выходом комплексного четырехполюсника и нагрузкой по схеме с общим одним из трех электродов, к входу комплексного четырехполюсника подключен дополнительный двухполюсник с комплексным сопротивлением, а значения параметров четвертого двухполюсника каскадно-соединенных двух Г-образных соединений определены в соответствии со следующими математическими выражениями:
Figure 00000061

Figure 00000062

Figure 00000063

где r1, r2, x1, x2 - оптимальные значения действительных и мнимых составляющих сопротивления четвертого комплексного двухполюсника комплексного четырехполюсника на двух частотах;
Figure 00000064
- оптимальные значения сопротивления четвертого комплексного двухполюсника комплексного четырехполюсника на двух частотах;
Figure 00000065
- заданные значения соответствующих элементов матрицы сопротивлений трехполюсного нелинейного элемента с межэлектродными связями на заданном количестве частот при заданной амплитуде постоянного напряжения; z1n, z2n, z3n - заданные значения сопротивлений первого, второго и третьего комплексных двухполюсников комплексного четырехполюсника на двух частотах; z0n - заданные значения комплексных сопротивлений дополнительного двухполюсника на двух частотах; zнn - заданные значения комплексных сопротивлений нагрузки на двух частотах; ω1,2=2πf1,2; n=1, 2 - номера заданных двух частот f1,2.
2. A device for generating high-frequency signals, consisting of a constant voltage source, a three-pole nonlinear element, a four-terminal device and a load, characterized in that a three-pole nonlinear element with interelectrode connections is used, the four-terminal device is complex in the form of cascade-connected two L-shaped connections of four two-terminal devices with complex resistances z 1n , z 2n , z 3n , z 4n , the fourth bipolar of the cascade-connected two L-shaped connections is formed of series-connected ne first resistive two-terminal with resistance R 1 , the first coil with inductance L 1 and parallel connected between the second resistive two-terminal with resistance R 2 and the second coil with inductance L 2 , a three-pole nonlinear element with interelectrode connections is connected between the output of the complex four-terminal and the load according to the circuit with a common one of the three electrodes, an additional two-terminal with complex resistance is connected to the input of the complex four-terminal, and the values of the parameters of the fourth two-terminal Single cascade-connected two L-shaped connections are defined in accordance with the following mathematical expression:
Figure 00000061

Figure 00000062

Figure 00000063

where r 1 , r 2 , x 1 , x 2 are the optimal values of the real and imaginary components of the resistance of the fourth complex two-terminal complex four-terminal at two frequencies;
Figure 00000064
- the optimal resistance values of the fourth complex two-terminal complex four-terminal at two frequencies;
Figure 00000065
- the set values of the corresponding elements of the resistance matrix of a three-pole nonlinear element with interelectrode bonds at a given number of frequencies for a given amplitude of a constant voltage; z 1n , z 2n , z 3n are the given values of the resistances of the first, second, and third complex two-terminal systems of a complex four-terminal network at two frequencies; z 0n - set values of the complex resistances of the additional two-terminal network at two frequencies; z нn - set values of the complex load resistances at two frequencies; ω 1,2 = 2πf 1,2 ; n = 1, 2 - numbers of the given two frequencies f 1,2 .
RU2014142398/28A 2014-10-21 2014-10-21 Method of generating high-frequency signals and device therefor RU2598689C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014142398/28A RU2598689C2 (en) 2014-10-21 2014-10-21 Method of generating high-frequency signals and device therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014142398/28A RU2598689C2 (en) 2014-10-21 2014-10-21 Method of generating high-frequency signals and device therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014142398A RU2014142398A (en) 2016-05-20
RU2598689C2 true RU2598689C2 (en) 2016-09-27

Family

ID=56011747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014142398/28A RU2598689C2 (en) 2014-10-21 2014-10-21 Method of generating high-frequency signals and device therefor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2598689C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2714527C1 (en) * 2019-06-28 2020-02-18 Закрытое акционерное общество "ТРАНСРУС" Remote optical absorption laser gas analyzer

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4982170A (en) * 1988-04-01 1991-01-01 Canon Kabushiki Kaisha Signal processing apparatus
RU2482600C2 (en) * 2010-05-05 2013-05-20 Федеральное государственное 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
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
RU2486637C1 (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 for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4982170A (en) * 1988-04-01 1991-01-01 Canon Kabushiki Kaisha Signal processing apparatus
RU2482600C2 (en) * 2010-05-05 2013-05-20 Федеральное государственное 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
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
RU2486637C1 (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 for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2714527C1 (en) * 2019-06-28 2020-02-18 Закрытое акционерное общество "ТРАНСРУС" Remote optical absorption laser gas analyzer

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014142398A (en) 2016-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU120515U1 (en) HIGH-FREQUENCY SIGNAL GENERATOR
RU2486638C1 (en) Method of generating high-frequency signals and apparatus for realising said method
RU2496222C2 (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
RU2496192C2 (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
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
RU2598689C2 (en) Method of generating high-frequency signals and device therefor
RU2599352C2 (en) Method of generating high-frequency signals and device therefor
RU117236U1 (en) DEVICE FOR GENERATION AND FREQUENCY MODULATION OF HIGH FREQUENCY SIGNALS
RU2595571C2 (en) Method for generating and frequency modulating high-frequency signals and respective device
RU2589305C1 (en) High-frequency signal generation method and device for its implementation
RU2568374C1 (en) Method of generating high-frequency signals and apparatus therefor
RU2568925C1 (en) Generation method of high-frequency signals and device for its implementation
RU2475934C1 (en) Method to generate high-frequency signals
RU2592423C2 (en) High-frequency signal generation method and device for its implementation
RU2595928C1 (en) Method of generating high-frequency signals and device therefor
RU2587434C1 (en) Method of generating high-frequency signals and apparatus therefor
RU2500066C2 (en) Method for generation and frequency-modulation of high-frequency signals and apparatus for realising said method
RU2568375C1 (en) Method for generation and frequency modulation of high-frequency signals and apparatus therefor
RU2589407C1 (en) Method of generating high-frequency signals and device therefor
RU2709602C1 (en) Method for generation of high-frequency signals and device for its implementation
RU2568379C1 (en) Generation method 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: 20161022