SU1739471A1

SU1739471A1 - Power combining device

Info

Publication number: SU1739471A1
Application number: SU894760170A
Authority: SU
Inventors: Леонид Николаевич Махиня; Валерий Викторович Гончаров
Original assignee: Институт технической механики АН УССР
Priority date: 1989-10-09
Filing date: 1989-10-09
Publication date: 1992-06-07

Abstract

Изобретение относитс к радиотехнике и может быть использовано в передающих устройствах СВЧ-диапазона различного назначени . Цель изобретени - увеличение выходной мощности. Цель достигаетс тем, что последовательно соединенные высокодобротный резонатор, первый вентиль и перва диэлектрическа пластина включены между третьей и первой секци ми, последовательно соединенные второй вентиль, втора диэлектрическа пластина и первый волноводный шлейф включены между первой и второй секци ми, четверта секци подключена к второму по направлению вращени плечу ферритового циркул - тора, первое плечо которого включено между первой секцией и вторым вентилем а третье плечо подключено между первым вентилем и первой диэлектрической пластиной . При этом перва и втора секции содержат отрезок волновода с включенными в него полупроводниковым диодом и подвижным к з поршнем 1 ил. сл СThe invention relates to radio engineering and can be used in transmitters of the microwave range for various purposes. The purpose of the invention is to increase the output power. The goal is achieved by the series-connected high-Q resonator, the first valve and the first dielectric plate connected between the third and first sections, the second valve connected in series, the second dielectric plate and the first waveguide cable are connected between the first and second sections, the fourth section is connected to the second the direction of rotation of the ferrite circulator arm, the first arm of which is connected between the first section and the second valve and the third arm is connected between the first valve a first dielectric plate. In this case, the first and second sections contain a segment of the waveguide with a semiconductor diode included in it and a piston 1, moving towards the piston. sl C

Description

Изобретение относитс к радиоэлектронике и может использоватьс дл сложени мощностей колебаний волн СВЧ в различных устройствах СВЧ-диапазона.The invention relates to radio electronics and can be used to add the power of microwave wave oscillations in various microwave devices.

Известно устройство сложени мощностей , которое содержит отрезок пр моугольного волновода, в поперечной плоскости которого размещена возбуждающа решетка, выполненна в виде параллельных отрезков металлических стержней, к концам которых подключены диоды, а в средней части стержни соединены со штыр ми , расположенными перпендикул рно к ним, через которые и подаетс питающее напр жение.A device for power addition is known, which contains a segment of a rectangular waveguide, in the transverse plane of which an exciting array is placed, made in the form of parallel segments of metal rods, to the ends of which diodes are connected, and in the middle part the rods are connected with pins perpendicular to them, through which the supply voltage is supplied.

Известно также устройство сложени мощностей, содержащее возбуждающую решетку из металлических штырей и стержней с подключенными к ним диодами, при этом каждый штырь и стержень разделеныIt is also known a power addition device comprising an excitation grid of metal pins and rods with diodes connected to them, each pin and rod being separated.

диэлектрическим слоем, расположенным в плоскост х продольного сечени волновода .a dielectric layer located in the planes of the longitudinal section of the waveguide.

Однако данные устройства сложени мощностей имеют недостаточно высокую выходную мощность при низкой стабильности ее частотыHowever, these power addition devices do not have sufficiently high output power with low stability of its frequency.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс сумматор мощности, содержащий объемный резонатор, с которым электромагнитно св заны р д полупроводниковых диодов, подключенных к источнику питани и расположенных вдоль узких противоположных стенок резонатора. Генерируемый отдельными диодами СВЧ-сигнал объедин етс в суммарный СВЧ-сигнал, который вл етс выходным сигналом сумматора мощности.Closest to the present invention is a power adder containing a cavity resonator, with which a series of semiconductor diodes connected to a power source and located along the narrow opposite walls of the resonator are electromagnetically coupled. The microwave signal generated by the individual diodes is combined into a sum microwave signal, which is the output of the power adder.

Недостатком известного сумматора мощности вл етс низка величина выходXIA disadvantage of the known power adder is the low output value XI.

СОWITH

юYu

4four

-Ч-H

ной мощности при недостаточно высокой величине стабильности частоты.power with insufficiently high frequency stability.

Цель изобретени - увеличение выходной СВЧ-мощности.The purpose of the invention is to increase the output microwave power.

Цель достигаетс тем, что дополнительно введены втора секци , аналогична первой, содержаща второй отрезок пр моугольного волновода, третий и четвертый полупроводниковые диоды и второй резонатор , треть и четверта секции, содержащие третий и четвертый отрезки пр моугольного волновода, внутри каждого из которых размещены соответственно первый и второй подвижные короткоза- мыкающие поршни, п тый и шестой полупроводниковые диоды, высокодобротный перестраиваемый резонатор, ферритовый циркул тор, перва , втора и треть регулируемые диэлектрические пластины, первый и второй волноводные шлейфы, с включенными в них соответственно третьим и четвертым подвижными короткозамыкающими поршн ми, первый и второй вентили, при этом последовательно соединенные высокодобротный перестраиваемый резонатор, первый вентиль и перва регулируема ди- электрическа пластина включены между третьей и первой секци ми, последовательно соединенные второй вентиль, втора регулируема диэлектрическа пластина и первый волноводный шлейф включены между первой и второй секци ми, а четверта секци подключена к второму по направлению вращени плечу ферритового циркул - тора, первое плечо которого включено между первой секцией и вторым вентилем, а третье плечо через последовательно соединенные третью регулируемую диэлектрическую пластину и второй волноводный шлейф подключена между первым вентилем и первой диэлектрической регулируемой пластиной.The goal is achieved by additionally introducing a second section, similar to the first, containing the second segment of a rectangular waveguide, the third and fourth semiconductor diodes and the second resonator, the third and fourth sections containing the third and fourth segments of a rectangular waveguide, inside each of which the first and the second moving short-closing pistons, fifth and sixth semiconductor diodes, high-quality tunable resonator, ferrite circulator, first, second and third adjustable The first dielectric plates, the first and second waveguide loops, with the third and fourth movable shorting pistons included in them, the first and second valves, while the high-quality tunable resonator connected in series, the first valve and the first adjustable dielectric plate are connected between the third and first sections, a second valve connected in series, a second adjustable dielectric plate and the first waveguide cable are connected between the first and second sections, and even The top section is connected to the second in the direction of rotation of the ferrite circulator, the first shoulder of which is connected between the first section and the second gate, and the third shoulder through the third adjustable dielectric plate connected in series and the second waveguide loop connected between the first gate and the first dielectric adjustable plate.

На чертеже изображено устройство сложени мощностей.The drawing shows a power folding device.

Устройство сложени мощностей содержит отрезок 1 пр моугольного волновода , на конце которого находитс подвижный короткозамкнутый поршень 2. В начале отрезка 1 пр моугольного волновода между его широкими стенками размещен полупроводниковый генераторный диод с отрицательной дифференциальной проводимостью (ОДП) 3, который электромагнитно , через окно св зи, св зан с высокодобротным перестраиваемым по частоте резонатором 4 проходного типа,за которым расположен вентиль 5. Вдоль отрезка 1 пр моугольного волновода расположена чейка , котора состоит из перестраиваемого по частоте высокодобротного резонатора 6 реактивного типа, с которым электромагнитно св заны два генераторных диода с ОДП 7. От диода 3 и между собой диоды 7 расположены на рассто нии, кратном половине длины волны в волноводе. Между диодами 7 и вентилем 5 расположена диэлектрическа пластина 8, котора имеет возможность перемещатьс внутри волновода перпендикул рно его широкой стенке. С обеих сторонThe power combining device contains a segment 1 of a rectangular waveguide, at the end of which there is a movable short-circuited piston 2. At the beginning of a segment 1 of a rectangular waveguide between its wide walls a semiconductor generator diode with negative differential conductivity (ODP) 3 is placed, which is electromagnetic, through a communication window is associated with a high-quality tunable-frequency resonator 4 of the type through passage, behind which a valve 5 is located. Along the segment 1 of a rectangular waveguide is a cell ora consists of a high-Q resonator 6 reactive type tunable frequency with which two electromagnetically coupled with NDC generating diode 7. From between the diode 3 and a diode 7 are spaced multiples of half the wavelength in the waveguide. Between the diodes 7 and the valve 5 there is a dielectric plate 8, which has the ability to move inside the waveguide perpendicular to its wide wall. At both sides

0 диодов 7 имеютс разветвлени 9 и 10 в Н-плоскости отрезка 1 пр моугольного волновода . Разветвление 9 соединено с входным первым плечом Y-циркул тора 11. К второму плечу Y-циркул тора 11 подсоеди5 нен отрезок пр моугольного волновода, в котором находитс полупроводниковый усилительный диод 12, а в конце отрезка волновода помещен подвижный коротко- замкнутый поршень 13. Выход Y-циркул то0 ра 11 соединен с разветвлением 10 и на этом отрезке пр моугольного волновода расположены с возможностью перемещени перпендикул рно широкой стенке волновода диэлектрическа пластина 14, и0 diodes 7 are branches 9 and 10 in the H-plane of section 1 of a rectangular waveguide. Branch 9 is connected to the input first shoulder of the Y-circulator 11. A second segment of the rectangular waveguide, in which the semiconductor amplifying diode 12 is located, is connected to the second shoulder of the Y-circulator 11, and at the end of the section of the waveguide is placed a movable short-closed piston 13. Output The Y-circular valve 11 is connected to branching 10, and on this segment of the rectangular waveguide dielectric plate 14 is disposed perpendicularly to the wide wall of the waveguide, and

5 шлейф 15 в Е-плоскости. Вдоль отрезка 1 пр моугольного волновода после разветвлени 9 в Н-плоскости наход тс вентиль 16, а также размещенна внутри волновода диэлектрическа пластина 17, имеюща 5 loop 15 in the E-plane. After segment 1 of the rectangular waveguide, after branching 9 in the H-plane, there is a valve 16, as well as a dielectric plate 17 located inside the waveguide, having

0 возможность перемещени перпендикул рно широкой стенке волновода, и шлейф 18 в Е-плоскости. В конце отрезка 1 пр моугольного волновода расположены два полупроводниковые диоды 19, св занные0 the possibility of moving perpendicular to the wide wall of the waveguide, and the loop 18 in the E-plane. At the end of section 1 of a rectangular waveguide, there are two semiconductor diodes 19, associated

5 электромагнитно с резонатором 20 реактивного типа.5 Electromagnetically with a resonator resonator 20.

Устройство сложени мощностей работает следующим образом.The power addition device operates as follows.

При подаче питающего напр жени кWhen supplying power to

0 полупроводниковым диодам 3, 7 и 19 в них возбуждаютс СВЧ-колебани . Подстройка необходимой частоты диода 3 может осуществл тьс также и при помощи подвижного короткозамкнутого поршн 3. СтабильностьIn semiconductor diodes 3, 7 and 19, microwave oscillations are excited in them. Adjustment of the required frequency of the diode 3 can also be carried out using a movable short-circuited piston 3. Stability

5 генерируемой частоты обеспечиваетс за счет высокостабильного перестраиваемого по частоте резонатора 4 проходного типа, который электромагнитно, через отверсти св зи, св зан с полупроводниковым диодом5, the generated frequency is provided by a highly stable frequency tunable resonator 4 of the type through passage, which is electromagnetically coupled to the semiconductor diode through the communication apertures.

0 3. Использование резонатора 4 проходного типа позвол ет получить максимальную область стабилизации частоты при минимальных изменени х выходной СВЧ-мощности. Задающий СВЧ-сигнал поступает на распо5 ложенные на рассто нии, кратном половине длины волны от диода 3 и между собой, диоды 7, электромагнитно св занные с перестраиваемым по частоте резонатором 6 реактивного типа. Мощность сигнала от диода 3 обеспечивает режим синхронизации0 3. The use of a pass-through resonator 4 allows to obtain the maximum frequency stabilization region with minimal changes in the output microwave power. The driver of the microwave signal arrives at located at a distance that is a multiple of half the wavelength of diode 3 and between them, diodes 7 that are electromagnetically coupled to a frequency tunable resonator 6 of reactive type. Signal power from diode 3 provides synchronization mode

автоколебаний внешним СВЧ-сигналом дл диодов 7. Стабильность частоты диодов 7 определ етс стабильностью синхронизирующего сигнала и, учитыва наличие проходного резонатора 4, вл етс достаточно высокой. Помимо синхронизации диодов 7 происходит и сложение СВЧ-мощности диодов 3 и 7, в результате чего величина СВЧ- мощности после диодов 7 значительно возростает. Эта СВЧ-мощность поступает на вход Y-циркул тора и через его второе плечо на усилительный диод 12. В цепи обратной св зи применен усилительный каскад отражательного типа с разв зкой входного и выходного сигналов с помощью Y-циркул тора. Дл обеспечени устойчивости усилител коэффициент его усилени ограничен и систему с обратной св зью можно рассматривать как систему с насыщением . Необходима подстройка по фазе на соответствии фазы проход щего в отрезке волновода 1 СВЧ-сигнала осуществл етс при помощи фазовращател - диэлектрической пластины 14 и шлейфа 15. Фаза колебаний, подаваема по каналу обратной св зи, должна соответствовать фазе сигнала, подаваемого от задающего генератора на диоде 3. В наиболее оптимальном случае это имеет место при равенстве частот диодов 3 и 7, что определ етс настройкой резонаторов 4 и 6 и соответствующим режимом диодов. Равенство частот и фаз обеспечивает наиболее эффективное сложение мощностей, генерируемых отдельными СВЧ-диодами, что обуславливает увеличение выходной мощности, снимаемой с данного каскада. Через вентиль 16, который, как и вентиль 5, выполн ет роль элемента разв зки по импедансу, СВЧ- мощность поступает на участок волновода, в котором размещена диэлектрическа пластина 17 и шлейф в плоскости 18. Перемещением диэлектрической пластины 17 можно подстроить фазу входного СВЧ-сигнала и обеспечить равенство с фазой колебаний , генерируемых диодами 19, что позвол ет эффективно складывать СВЧ- мощность с мощностью, генерируемой диодами 19. Функции резонатора 20 аналогичны функци м резонатора 6.self-oscillations by an external microwave signal for diodes 7. The frequency stability of diodes 7 is determined by the stability of the synchronization signal and, taking into account the presence of a pass-through resonator 4, is rather high. In addition to the synchronization of the diodes 7, the addition of the microwave power of the diodes 3 and 7 occurs, as a result of which the microwave power after the diodes 7 increases significantly. This microwave power is fed to the input of the Y-circulator and through its second arm to the amplifying diode 12. In the feedback circuit, a reflective-type amplifying cascade is used to isolate the input and output signals using the Y-circulator. To ensure the stability of the amplifier, its gain is limited and the feedback system can be considered as a saturation system. The necessary phase adjustment to match the phase of the microwave signal passing through the waveguide 1 is carried out using a phase shifter - a dielectric plate 14 and a loop 15. The oscillation phase fed through the feedback channel must correspond to the phase of the signal supplied from the master oscillator on the diode 3. In the most optimal case, this occurs when the frequencies of the diodes 3 and 7 are equal, which is determined by the tuning of the resonators 4 and 6 and the corresponding mode of the diodes. Equality of frequencies and phases provides the most efficient addition of power generated by individual microwave diodes, which causes an increase in the output power taken from this stage. Through the valve 16, which, like the valve 5, acts as an impedance isolating element, the microwave power is supplied to the section of the waveguide in which the dielectric plate 17 and the cable in the plane 18 are placed. By moving the dielectric plate 17, you can adjust the phase of the input microwave signal signal and ensure equality with the phase of the oscillations generated by the diodes 19, which allows you to effectively add the microwave power with the power generated by the diodes 19. The functions of the resonator 20 are similar to those of the resonator 6.

В качестве полупроводниковых диодов могут быть использованы диоды Ганна, лавино-пролетные диоды и другие, примен емые структуры должны быть в СВЧ-ис- полнении.Gunn diodes, avalanche-span diodes and others can be used as semiconductor diodes, the structures used should be in the microwave version.

Устройство сложени мощностей позвол ет повысить выходную мощность при высокой стабильности частоты СВЧ-колеба- ний.The power combining device allows to increase the output power at high frequency stability of microwave oscillations.

Claims

The invention is a power combining device comprising a first section, which consists of a first segment of a rectangular waveguide, in which the first and second semiconductor diodes are mounted at a distance multiple of the working wavelength, between which the first resonator is connected. In order to increase the output power, a second section is additionally introduced, similar to the first, containing the second segment of the rectangular waveguide, the third and fourth semiconductor diodes and the second resonator, the third and fourth sections containing the third and fourth segments of a rectangular waveguide, inside each of which are placed the first and second movable short-circuiting pistons and the fifth and sixth semiconductor diodes, a high-quality tunable resonator, a ferrite circulator, the first, second and third adjustable dielectric plates, the first and second waveguide loops with the third and fourth movable short closing pistons included in them, the first and

a second valve, with a serially connected high-quality tunable resonator, a first valve and a first adjustable dielectric plate connected between the third and first sections, a second valve connected in series, a second adjustable dielectric plate and the first waveguide cable connected between the first and second sections, the fourth section is connected to

the second arm in the direction of rotation of the ferrite circulator, the first arm of which is connected between the first section and the second valve, and the third arm through the third adjustable dielectric plate and the second waveguide cable connected in series between the first valve and the first adjustable dielectric plate.