A design of solid state microwave oscillator based on waveguide dielectric resonator with short-circuited plunger is proposed. Results of experimental measurements of voltage-current and voltage-power and other characteristics are cited.
When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/1313

Белоус, Р.И.

Макеев, Ю.Г.

Моторненко, А.П.

Electronic Sumy State University Institutional Repository

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГЕНЕРАТОР 3-СМ ДИАПАЗОНА  Р.И.Белоус, Ю.Г.Макеев, А.П.Моторненко (ИРЭ НАН Украины)  Предложена конструкция твердотельного СВЧ-генератора, выполненного на основе волноводно-диэлектрического резонатора с КЗ- поршнем. Приведены результаты экспериментальных измерений вольт-частотных, вольт-ваттных и других характеристик этого генератора. На основе волноводно-диэлектрических резонаторов (ВДР) с запредельными волноводами, как показано в [1,2], могут быть построены полупроводниковые генераторы СВЧ-диапазона. В этих работах представлены конструкции таких генераторов в 3-сантиметровом и 8-миллиметровом диапазонах длин волн и описаны некоторые их характеристики. Важными особенностями ВДР на запредельных волноводах по сравнению с резонатором на регулярных волноводах являются малые габариты и вес, разреженный спектр электромагнитных колебаний и достаточно высокая добротность. Описанный макет полупроводникового генератора на ВДР представлял отрезок круглого волновода, запредельный для рабочего диапазона частот, в котором размещались диэлектрический элемент и диод Ганна. С одной стороны, волновод заканчивался выходным фланцем, стандартным для исследуемого диапазона частот, а с противоположной - КЗ-поршнем с возможностью продольного перемещения. В описанных конструкциях диод крепился на КЗ-поршне, что не позволяло максимально близко подводить его к диэлектрику. Теоретические и экспериментальные исследования ВДР с короткозамкнутым КЗ-поршнем показали, однако, что максимальная перестройка его резонансной частоты достигается при перемещении КЗ-поршня вблизи плоскости диэлектрика. Настоящая работа посвящена исследованию полупроводникового генератора на ВДР, в частности, выяснению возможности расширения диапазона плавной механической перестройки частоты. Для этого в отличие от [1,2] диод крепился не на КЗ-поршне, а в волноводе соосно его диаметру в поперечном сечении вблизи диэлектрического элемента, а с противоположной стороны диэлектрика располагался КЗ-поршень, который мог перемещаться вплоть до плоскости диэлектрика. Макет полупроводникового генератора, как и в [2], был выполнен в 3-сантиметровом диапазоне для основного типа колебаний H111, для чего в круглый волновод внутренним диаметром 15 мм помещался диэлектрический элемент в виде диска из фторопласта (  = 2,08) диаметром 15 мм и толщиной 5 или 10 мм. В качестве активного элемента использовался промышленный диод Ганна типа АА703А [2]. Расчетный диапазон изменения резонансной частоты ВДР для двух диэлектрических элементов с помощью КЗ-поршня (при отсутствии полупроводникового диода) составил 9,5 - 11,5 ГГц.  На рис.1 представлены вольт-ваттные (кривые 1-6) и вольт-частотные (кривые 1'- 6') характеристики исследуемого генератора. Кривые 1-3, 1'-3' были получены с диэлектрическим элементом толщиной h = 5 мм при разных фиксированных расстояниях L от КЗ-поршня до плоскости диэлектрика (соответственно L = 4мм, 10 мм и 15 мм). Кривые 4-6, 4'-6' относятся к генератору с диэлектриком толщиной 10 мм, также при положениях КЗ-поршня L = 4 мм, 10 мм и 15 мм. Во всех исследованных условиях наблюдалась устойчивая работа генератора; какие-либо перескоки генерируемой частоты не наблюдались. Обращают на себя внимание малые значения величины перестройки частоты генератора при изменении напряжения питания, составляющие 15 - 50 МГц/В, что косвенно свидетельствует о его высокой стабильности.   Рисунок 1 Рисунок 2 На рис.2 представлены кривые, характеризующие изменения мощности генерируемых колебаний (кривые 1 и 2) и частоты (кривые 1'и 2') в зависимости от положения КЗ-поршня относительно диэлектрика. Кривые 1-1' получены с диэлектриком толщиной h = 5мм, а 2-2'- с диэлектриком с h = 10мм. Как следует из рисунка 2, общий диапазон изменения частоты составил 2 ГГц, причем плавная перестройка частоты перемещением КЗ-поршня обеспечивалась в пределах 1 ГГц, что превышает полученные значения в [2]. На рис.2 пунктирной линией 3' показано значение граничной частоты, равное 11,73 ГГц, выше которого волновод становился регулярным. Интересно отметить, что для генератора с диэлектриком толщиной h=5мм (кривая 1') существуют рабочие частоты, значения которых лежат выше критической частоты пустого волновода. Были проведены исследования по возможности подстройки частоты генератора изменением положения диода в ВДР. Они показали, что, например, при угловом или продольном смещении диода относительно радиуса волновода значения частоты генерируемых колебаний изменялись на 100 - 200 МГц, а мощность при этом возрастала на 2 - 5 мВт. Как показали эксперименты, мощность генерируемых колебаний в случае диэлектрика с h = 10мм (рис.2, кривая 2) может быть достаточно легко повышена путем увеличения для этого случая коэффициента связи генератора с нагрузкой. Это достигалось помещением диэлектрического элемента между генераторным диодом и нагрузкой. Так, при выполнении диэлектрического элемента в виде диска из фторопласа диаметром 15 мм и толщиной 1,5 мм выходная мощность генератора возрастала примерно в 2 раза. При использовании диска из того же материала, но толщиной 3 мм, выходная мощность возрастала до величины мощности, полученной при работе генератора с диэлектрическим элементом толщиной 5 мм (рис.2, кривая 1). Частота генерируемых колебаний при этом практически не изменялась и соответствовала кривой 2'того же рисунка. В исследуемом макете генератора была предусмотрена также возможность введения подстроечного штыря из фторопласта или лейкосапфира ( = 9) диаметром 1,8 мм, длиной 15 мм в непосредственной близости от диэлектрика. Измерения показали, что изменением положения штыря из фторопласта в поперечном сечении круглого волновода можно плавно уменьшать частоту генерируемых колебаний в пределах 0-60 МГц, а штыря из лейкосапфира - 0-300 МГц. Сопоставление экспериментальных кривых 1' и 2' с расчетными данными значений резонансной частоты ВДР от положения КЗ-поршня без полупроводникового диода показалo, что экспериментальные значения превышают расчетные на 400 - 500 МГц, что необходимо учитывать при выборе данной конструкции генератора на заданный диапазон частот. Проведенные измерения нестабильности частоты генератора в лабораторных условиях показали, что на одной из фиксированных частот за интервал времени 5 минут она не превысила 5  10-7.   SUMMARY  A design of solid state microwave oscillator based on waveguide dielectric resonator with short-circuited plunger is proposed. Results of experimental measurements of voltage-current and voltage-power and other characteristics are cited.   СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ  1 A.A.Zorkin, Uj.G.Makeev, A.P.Motornenko. Millimeter Range Generator on Base of Waveguide-Dielectric Rezonator. Internat. Simposium ‘‘Physics and engineering of Millimeter and Submillimeter Waves’’ June 7-10, Kharcov, Ukraine, Conference Proccedings.- vol.II.- 1994.- p.405. 2 А.А.Зоркин, Ю.Г.Макеев, А.П.Моторненко. Полупроводниковый СВЧ-генератор//Сб.науч.трудов ИРЭ НАН Украины ‘‘Применение радиоволн мм и субмм диапазонов’’, 1994.-С.95-99.  

Полупроводниковый генератор 3-см диапазона

SocioEconomic Challenges Journal (Sumy State University)

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГЕНЕРАТОР 3-СМ ДИАПАЗОНА 
 
Р.И.Белоус, Ю.Г.Макеев, А.П.Моторненко 
(ИРЭ НАН Украины) 
 
Предложена конструкция твердотельного СВЧ-генератора, выполненного на основе волноводно-
диэлектрического резонатора с КЗ- поршнем. Приведены результаты экспериментальных измерений вольт-
частотных, вольт-ваттных и других характеристик этого генератора. 
На основе волноводно-диэлектрических резонаторов (ВДР) с запредельными волноводами, как показано 
в [1,2], могут быть построены полупроводниковые генераторы СВЧ-диапазона. В этих работах 
представлены конструкции таких генераторов в 3-сантиметровом и 8-миллиметровом диапазонах длин волн 
и описаны некоторые их характеристики. Важными особенностями ВДР на запредельных волноводах по 
сравнению с резонатором на регулярных волноводах являются малые габариты и вес, разреженный спектр 
электромагнитных колебаний и достаточно высокая добротность. 
Описанный макет полупроводникового генератора на ВДР представлял отрезок круглого волновода, 
запредельный для рабочего диапазона частот, в котором размещались диэлектрический элемент и диод 
Ганна. С одной стороны, волновод заканчивался выходным фланцем, стандартным для исследуемого 
диапазона частот, а с противоположной - КЗ-поршнем с возможностью продольного перемещения. В 
описанных конструкциях диод крепился на КЗ-поршне, что не позволяло максимально близко подводить его 
к диэлектрику. 
Теоретические и экспериментальные исследования ВДР с короткозамкнутым КЗ-поршнем показали, 
однако, что максимальная перестройка его резонансной частоты достигается при перемещении КЗ-поршня 
вблизи плоскости диэлектрика. 
Настоящая работа посвящена исследованию полупроводникового генератора на ВДР, в частности, 
выяснению возможности расширения диапазона плавной механической перестройки частоты. Для этого в 
отличие от [1,2] диод крепился не на КЗ-поршне, а в волноводе соосно его диаметру в поперечном сечении 
вблизи диэлектрического элемента, а с противоположной стороны диэлектрика располагался КЗ-поршень, 
который мог перемещаться вплоть до плоскости диэлектрика. 
Макет полупроводникового генератора, как и в [2], был выполнен в 3-сантиметровом диапазоне для 
основного типа колебаний H111, для чего в круглый волновод внутренним диаметром 15 мм помещался 
диэлектрический элемент в виде диска из фторопласта (  = 2,08) диаметром 15 мм и толщиной 5 или 10 мм. 
В качестве активного элемента использовался промышленный диод Ганна типа АА703А [2]. 
Расчетный диапазон изменения резонансной частоты ВДР для двух диэлектрических элементов с 
помощью КЗ-поршня (при отсутствии полупроводникового диода) составил 9,5 - 11,5 ГГц. 
 
На рис.1 представлены вольт-ваттные (кривые 1-6) и 
вольт-частотные (кривые 1'- 6') характеристики исследуемого 
генератора. Кривые 1-3, 1'-3' были получены с диэлектрическим 
элементом 
толщиной h = 5 
мм при разных 
фиксированных 
расстояниях L от 
КЗ-поршня до 
плоскости 
диэлектрика 
(соответственно 
L = 4мм, 10 мм и 15 мм). Кривые 4-6, 4'-6' относятся к 
генератору с диэлектриком толщиной 10 мм, также при 
положениях КЗ-поршня L = 4 мм, 10 мм и 15 мм. Во всех 
исследованных условиях наблюдалась устойчивая работа 
генератора; какие-либо перескоки генерируемой частоты не наблюдались. Обращают на себя внимание 
малые значения величины перестройки частоты генератора при изменении напряжения питания, 
составляющие 15 - 50 МГц/В, что косвенно свидетельствует о его высокой стабильности. 
 
 
Рисунок 1 
Рисунок 2 
На рис.2 представлены кривые, характеризующие изменения мощности генерируемых колебаний 
(кривые 1 и 2) и частоты (кривые 1'и 2') в зависимости от положения КЗ-поршня относительно диэлектрика. 
Кривые 1-1' получены с диэлектриком толщиной h = 5мм, а 2-2'- с диэлектриком с h = 10мм. Как следует из 
рисунка 2, общий диапазон изменения частоты составил 2 ГГц, причем плавная перестройка частоты 
перемещением КЗ-поршня обеспечивалась в пределах 1 ГГц, что превышает полученные значения в [2]. На 
рис.2 пунктирной линией 3' показано значение граничной частоты, равное 11,73 ГГц, выше которого 
волновод становился регулярным. Интересно отметить, что для генератора с диэлектриком толщиной h=5мм 
(кривая 1') существуют рабочие частоты, значения которых лежат выше критической частоты пустого 
волновода. 
Были проведены исследования по возможности подстройки частоты генератора изменением положения 
диода в ВДР. Они показали, что, например, при угловом или продольном смещении диода относительно 
радиуса волновода значения частоты генерируемых колебаний изменялись на 100 - 200 МГц, а мощность 
при этом возрастала на 2 - 5 мВт. 
Как показали эксперименты, мощность генерируемых колебаний в случае диэлектрика с h = 10мм (рис.2, 
кривая 2) может быть достаточно легко повышена путем увеличения для этого случая коэффициента связи 
генератора с нагрузкой. Это достигалось помещением диэлектрического элемента между генераторным 
диодом и нагрузкой. Так, при выполнении диэлектрического элемента в виде диска из фторопласа 
диаметром 15 мм и толщиной 1,5 мм выходная мощность генератора возрастала примерно в 2 раза. При 
использовании диска из того же материала, но толщиной 3 мм, выходная мощность возрастала до величины 
мощности, полученной при работе генератора с диэлектрическим элементом толщиной 5 мм (рис.2, кривая 
1). Частота генерируемых колебаний при этом практически не изменялась и соответствовала кривой 2'того 
же рисунка. 
В исследуемом макете генератора была предусмотрена также возможность введения подстроечного 
штыря из фторопласта или лейкосапфира ( = 9) диаметром 1,8 мм, длиной 15 мм в непосредственной 
близости от диэлектрика. Измерения показали, что изменением положения штыря из фторопласта в 
поперечном сечении круглого волновода можно плавно уменьшать частоту генерируемых колебаний в 
пределах 0-60 МГц, а штыря из лейкосапфира - 0-300 МГц. 
Сопоставление экспериментальных кривых 1' и 2' с расчетными данными значений резонансной частоты 
ВДР от положения КЗ-поршня без полупроводникового диода показалo, что экспериментальные значения 
превышают расчетные на 400 - 500 МГц, что необходимо учитывать при выборе данной конструкции 
генератора на заданный диапазон частот. 
Проведенные измерения нестабильности частоты генератора в лабораторных условиях показали, что на 
одной из фиксированных частот за интервал времени 5 минут она не превысила 5  10-7.  
 
SUMMARY 
 
A design of solid state microwave oscillator based on waveguide dielectric resonator with short-circuited plunger is proposed. Results of 
experimental measurements of voltage-current and voltage-power and other characteristics are cited. 
 
 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
 
1 A.A.Zorkin, Uj.G.Makeev, A.P.Motornenko. Millimeter Range Generator on Base of Waveguide-Dielectric Rezonator. Internat. Simposium 
‘‘Physics and engineering of Millimeter and Submillimeter Waves’’ June 7-10, Kharcov, Ukraine, Conference Proccedings.- vol.II.- 1994.- 
p.405. 
2 А.А.Зоркин, Ю.Г.Макеев, А.П.Моторненко. Полупроводниковый СВЧ-генератор//Сб.науч.трудов ИРЭ НАН Украины ‘‘Применение 
радиоволн мм и субмм диапазонов’’, 1994.-С.95-99. 
 


https://essuir.sumdu.edu.ua/bitstream/123456789/13131/1/Belous.pdf

Полупроводниковый генератор 3-см диапазона

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic Sumy State University Institutional Repository

SocioEconomic Challenges Journal (Sumy State University)