2. Джерела несучих коливань сантиметрового

і міліметрового діапазонів

Сучасні радіовіддалеміри використовують діапазон частот від 2,9 ГГц до 35 ГГц, що відповідає довжинам хвиль від 10 см до 8 мм. Найпоширенішими НВЧ генераторами є віддзеркалюючі клістрони, магнетрони та генератори на діодах Ганна.

Віддзеркалюючий клістрон – це електровакуумна лампа спеціальної конструкції. В ній є катод, прискорюючий електрод, як одне ціле - порожнистий об’ємний резонатор і дві сітки з дисковими виводами. Над резонатором і сітками на місті анода знаходиться електрод – відбивач або віддзеркалювач. На нього подається від’ємна напруга, яку можна змінювати додатково модулюючи несучу частоту.

Генераторний клістрон

1 Катод

2 - Прискорювач.

3 - 2-і сітки.

4 - Віддзеркалювач.

5 - Об’ємний резонатор.

Щоб високочастотна енергія вивільнялась з об’ємного резонатора. в його кільці знаходиться петля зв’язку, а далі коаксіальний телевізійний кабель переносить енергію до параболічної антени передавача.

В польових умовах треба застосовувати заходи безпеки від високих напруг. В блоці живлення є напруги від 2 вольтів до 400. Клістрон сильно нагрівається і потребує примусового охолодження. Клістрон має низький коефіцієнт корисної дії. Потужність випромінювання 100 мВт, а живлення генератора потребує 20 Вт. Енергії затрачається в 2000 разів більше ніж випромінюється. Цих недоліків позбавлений діод Ганна.

Діод Ганна

Слово «діод» застосоване для цього пристрою надто умовно, хіба що він має два виводи як діод. Електрод, який підключається до (+) називається анодом, а той, що з’єднується з (-) джерела живлення, називається катодом. Пластинка діода виготовлена з арсеніду галію. Зони провідності в ньому не є однорідними. З’явився термін долина. В нижній долині рухомість електронів значно вища, ніж у верхній. Приклавши зовнішню енергію до пластини, стимулюється лавиноподібний процес переходу електронів в верхню долину. Поблизу катода зароджується область високої напруги електричного поля, яка одержала назву – домен. Через деякий час домен створює імпульс струму в електричному колі. За імпульсом знову спостерігається зародження домену. Частота повторення імпульсів залежить від розміру пластини. При довжині її в 100 мкм частота генерації досягає 10 ГГц.

Діод Ганна вмонтовано в об’ємний резонатор, а для модуляції в резонаторі встановлений мініатюрний діод з ємкісною дією – варактор. Він змінює резонансну частоту об’ємного резонатора в такт модулюючої напруги.

Генератори на діодах Ганна мають високий коефіцієнт корисної дії (ккд), не потребують високих електричних напруг та примусового охолодження. Працюють в сантиметровому діапазоні радіохвиль.

Генератори масштабних частот

Масштабні частоти, якими забезпечується модуляція несучих коливань, через дожину хвилі встановлюють своєрідний «метр» для одержання невідомої віддалі. Радіо пристрої, що виробляють модулюючі коливання, називаються автогенераторами, або просто генераторами. Генератор має коливальний контур, джерело живлення, підсилювач та схему зворотнього зв’язку для збудження незатухаючих гармонічних коливань в контурі. Частота коливань, яка буде генеруватись, обчислюється за формулою

Стабільність частоти залежить тільки від стабільності параметрів L і C. Досягти стабільності можливо тільки при застосуванні кварцового резонатора. Кварцу властивий прямий і зворотній п’єзоефект. Суть прямого в тому, що коли стискати, або згинати кварцову пластинку, то на її гранях з’являються електричні заряди. Якщо до граней пластинки підвести джерело електричної енергії, то в пластинці виникають пружні деформації. Це явище одержало назву оберненого п’єзоефекту. Частота механічних коливань та частота змінного струму на електродах залежить від розмірів пластинки. Для зручності монтажу та більш стабільної роботи, кварц з виводами монтується у вакуумному або герметичному корпусі. Вся конструкція в такому вигляді одержала назву кварцового резонатора. Прикладом застосування є військові радіостанції в яких кварцові частоти часто змінюють, замінюючи тільки кварц. Якісні сучасні годинники при застосуванні кварцу роками зберігають точність, що не перевищує десятка секунд. В геодезичних віддалемірах створюється дуже стабільний режим роботи, коли кварцовий резонатор еквівалентний індуктивності. Але і цього мало для роботи приладів в польових умовах. Потрібну стабільність частоти буде забезпечено спеціальними заходами –це термокомпенсація та термостатування.

Сутність термокомпенсації полягає в тому, що в схему кварцового генератора вводять компенсуючий елемент, наприклад, терморезистор або конденсатор. Цей метод застосовується в топографічних віддалемірах середньої точності. Він не потребує додаткових витрат електроенергії.

Найефективнішим способом температурної стабілізації частоти кварцових генераторів є термостатування. Термостат дозволяє зберегти в своєму об’ємі постійну температуру. Він має внутрішній стакан, де розміщують один або декілька кварцових резонаторів. На стакан намотується обмотка підігріву. Підігрів регулюється контактним термометром. Точність підтримки температури оцінюється десятими долями градуса. Внутрішній стакан ізолюється від зовнішнього середовища шаром теплоізоляції і зовнішнім кожухом. Температура, яка підтримується в термостаті вища зовнішнього середовища, наприклад, +45 С. Термостатовані генератори витрачають на підігрів до 30% електроенергії. Вони залишились тільки в схемах високоточних геодезичних світло і радіовіддалемірів. Нестабільність основної масштабної частоти f = 14,9855 МГц знаходиться в межах 2-10 Гц.