книги из ГПНТБ / Балябин А.Н. Твердотельные приборы СВЧ учеб. пособие

Вырази» мощности черев энергию,запасаемую в емкости,и ' частоту колебаний:

Переходя. опять к м опнос'т.ны , запишем уравнения П) иначе:

-•21 -

приближающимся во величине кооіфкпиента шума к мазерам, но.б отличие от них,.не требующим охлаждения до сверх­ низких температур, что значительно упрощает эксплуата­ цию ГО'.

Простейший ПУ представляет собой параллельный ре­ зонансный контур.б котором вместо емкости используется варакторный диод <1рис. 15,а 7 ,работающий при отрицатель­ ном смещении.

Рис.15- ь-прхнлххнедьктл схема простейпего, параметри­ ческого усилителя с нелинейной емкостью; б-принцип парамэтрического усиления колебаний за.счет изменекия емкости контура.

К кентеру подззддтся дез переменных напряжения,

бдно-осльтой амплитуды с частотой - /у, -подается от спе­

циального генератора. ..Рновеннос значение этого напряже­

ния сгродаляе? гедглину емкости варактора. Мощность,

какачки ГО. йторсе нехгяхенне с-частотой т. -это сла-

бые колебания сигнале ре.дяедд де го усилению.

ÜT2K, величина емче от г:.являющейся сарвметрск конгу-

происходят мгновенно, как изображено на рис.15,6 .Если сдвиг фаз между колебаниями сигнала и накачки таков, что уменьшение емкости происходит в момент, когда какой

. ленный заряд максимален, то оно будет'сопровождаться

резким увеличением амплитуды 'колебаний сигнала, так как

аарлд не мажет изменяться мгновенно. Увеличение емкости

да первоначального значения происходит в моменты,когда

напряжение сигнала на емкости равно нулю и не влияет на его величину. Таким образом,компенсация потерь в кон­ тура а увеличение амажтуда колебаний сигнала происхо­

ди §а счет мощности генератора накачки,затрачиваемой

ж»вменение величины емкости варактора.

Рассмотрим более общий случай. Пусть в уравнениях

Так как мощность накачки поступает в вараяшор,то гн> 0 ,

24 -

контурного ПУ.

подаче на варактор мощности накачки в схема имеет место

ражена конструкция широкополосного 2-контурного ПУ сан­ тиметрового диапазона.

!/*

•рас. 19Конструкцияширокополосного 2 - контурного ГУ.

оПараметрический диод 1 вклеен, последовательно в центральный проводник коаксиального резонатора 2 ,Кастроенного на частоту сигнала Д.Ддина отрезка коаксиальной

- 25 - линии -^выбирается так,чтобы входное сопротивление ее

на холостой частоте стремилось к бесконечности,а на

ч а с т о т е ^ имело индуктивный характер» Три последова­ тельно расположенных четвертьволновых отрезка с раз­

личными волновыми сопротивлениями образуют широкопо­ лосный фильтр 4. Входное сопротивление фильтра со сто­ роны дпоЗд бесконечно велико для холостой частоты и

Трансформатор 5 обеспечивает необходимое сопротивление

нагрузки усилителя на частоте сигнала. Энергия накечки

подводится, по волноводу через согласующий трансформатор б в резонансную полость 3, настроенную на ч а с т о т у ^ .

Золкоеод, покоторому поступает энергия накачки,ока­ зывается запредельным для частот у ѵ и уг .

Современные 2-контурные ПУ-характеризуются следую­

©

Частота накачки (J.а —/IQ -г- 1,^J 7,5+50 ГГц. Генераторы гармоник (умножители частот]на нелиней­

ной емкости варакторных диодов находят широкое примене­ ние для получения колебаний СВЧ с высокой стабильностью частоты, а также в тех случаях, когда непосредственноегенерирование колебаний заданной частоты оказывается

недостаточно эффективным^

Генераторы гармоник'на варакторах теоретически мо­

гут генерировать гармоники с к .п .д ., равным 1Q0/J. Этотвывод непосредственно еле,дует иэ уравнений Мэнли-Роу. Рассмотрим с помощью системы (2] случай, когда к варак­

ми входной U, 0 /уА?/ и выходаой L'c.^2.^2 резонансными цепя­ ми, настроенными-соответственно на первую и - з гармо­ ники. грузка включена последовательно с выходным кон-

Рис.19. Принципиальная схема варакторного умножителя частоты.

туром, цепь напряжения смещения не показана. -

Так как сопротивление входного контура на основной

частоте мало,а выходного велико,то ток генератора пер-, вой гармоники полностью протекает через варактор. Вслед­ ствие нелинейной зависимости Cn(U) при протекании сину­ соидального тока на варакторе, развивается несинусоидаль­

нов напряжение и варактор может рассматриваться как ге­ нератор напряжения гармоник.В нагрузке выделяется макси­ мальная мощность той гармоники,на частоту которой наст­ роен выходной контур.

В схеме через, варактор могут протекать только два

использована с высокой эффективностью только для удвое­ ния частоты (П7 =2} .

Для.осуществления генерации гармоник более высоко­ го порядка Ю ^ 3 необходимо, чтобы через варактор протекали дополнительные токи так называемых "холостых’’ гармоник. Например, для создания эффективного утроителя частоты /п =3 необходимо наличие второй,"холостой^ гар­ моники. Схема утроителя с дополнительным контуром L1,C2.

настроенным на частоту второй гармоники,изображена ва

- 2В -

рис.20. При подведении к умножителю мощности на основ-

*

ной частоте происходит генерирование второй гармоники,.

Рис.£0. Схема утроителя частоты с дополнительным контуром, настроенным на частоту второй

гармоники.

ток которой протекает через дополнительный контур L2tC2

и через диод, где смешивается с основной частотой. 2 результате появляется третья гармоника, на которую на­

строен выходнойконтур. Так как в дополнительном контуре

■потери энергии отсутствуют, почти вся мощность первой гармоники преобразуется в модность колебаний третьей

гармоники. Такой умножитель•называют умножителем типа

1 -2 -3 -4 и і-2-3-5 соответственно, с коэффициентами умно­ жения /77=4 и /7?=5.

На рис. 21 изображена конструкция современного умно­ жителя частоты (Ю=Ъ) сантиметрового диапазона волн,Ко­ лебания основной частоты подводятся по коаксиальной ли­ нии. Четвертьволновый трансформатор 1 обеспечивает согла­ сование варактора 2 с входной-цепью. Одрааокцентрального проводника коаксиальной линии .3, выступающий в выходной

Рис.21. Конструкция умножителя частоты сантиметрового диапазона.

волновод &, образует индуктивность, соответствующую

I—£ (рис.20,), которая совместно с емкостью зазора 4

составляет "холостой" контур L2tC2, настроенной на вторую гармонику. Варактор располагается в выходном

волноводе так, чтобы наиболее интенсивно возбуждалась третья гармоника. Для основной частоты и частоты вто­ рой гармоники выходной волновод является запредельным.

Полость 5 представляет собой режектэрный фильтр,настро­ енный на частоту третьей гармоники, и тем самым исклю­ чающий проникновение ее во входную линию.

2. Режимы работы варактора. В умножителях частот

используются два режима работы варакторных днодоз:режйы полностью запертого . р —п -перехода ,■при котором амплитуда.переменного напряжения меньше величины напря­ жения смещения 0т< jUw j tVi режим частичного отпирания

р —П -перехода. £' режиме частичного отпирания повыша­ ется к.п.д- варактора и существенно возрастает величина преобразованной мощности. В настоящее'время режим час­ тичного отпирания перехода считается основным рабочим режимом варакторов в умножителях частоты.