Проектирование ГУН с коаксиальным резонатором

В разработанном ГУН с сосредоточенной индуктивностью было получено перекрытие участка от 3.48 до 3.95 ГГц при изменении напряжения на варикапе от 1 до 5 В. Изменение частоты составляет 470 МГц. Воспользуемся разработанной схемой ГУН и заменим сосредоточенную индуктивность отрезком короткозамкнутой коаксиальной линии с воздушным заполнением. Необходимое изменение частоты ГУН равно 3.515…3.885 ГГц. Так как после замены перекрытие уменьшится, будем ориентироваться на эти значения. Найдем длину резонатора, при которой реализуется необходимое изменение частоты. Пусть Гц, Гц, длины волн равны , постоянные распространения равны (здесь длины волн взяты в миллиметрах).

Емкости определим из данных, полученных в проекте varactor (см. рис. 6.11). На частоте 3.7 ГГц реактивная проводимость варикапа при смещении 5В равна 0.0493, при напряжении 1В ‒ 0.11694, тогда их значения пФ, пФ. Емкости варикапа на краях диапазона для ГУН с сосредоточенной индуктивностью можно определить из двух графиков: первый ‒ из проекта Osc, определяющий частоту генерации, как функцию напряжения на варикапе (см. рис. 6.13); второй ‒ из проекта Varactor, определяющий реактивную проводимость варикапа как функцию того же напряжения (см. рис. 6.11):

пФ, пФ.

Тогда коэффициент и уравнение для определения будет иметь вид: . Решая это уравнение графически, получаем мм.

Теперь вычислим значение волнового сопротивления коаксиального резонатора: Ом.

Волновое сопротивление коаксиальной линии с воздушным заполнением равно: , где ‒ внутренний диаметр внешнего металлического цилиндра; ‒ внешний диаметр центрального проводника. Примем 5 мм, тогда мм. Теперь определим добротность КР: воспользуемся выражением [2] . Это выражение учитывает потери только в проводниках, которые полагаются медными. Подставляя размеры в метрах и частоту в герцах получаем, что . Учитывая возможную степень чистоты отделки внутренних металлических поверхностей КР, примем . На частоте резонанса модуль сопротивления КР . Определим эквивалентное омическое сопротивление потерь КР на частоте 3.7 ГГЦ: Ом. Включим это сопротивление последовательно с КР для обеспечения заданной добротности. Определим фазовый угол КР на частоте 3.7 ГГц, необходимый для его описания в формате MWO: .

Далее откроем новый проект, под названием Osc1 и повторим схему проекта Osc, заменив в ней сосредоточенную индуктивность L7 на КР, взятый из Elements/ Transmission Lines/ Coaxial/ Electrical/COAX2, последовательно с которым соединяется сопротивление потерь Ом. Схема изображена на рис. 6.17. Щелкнув по символу COAX2, в открывшемся окне

вводим EL = 43.5º, Fo = 3.7 GGz, Zo = 50.9. Далее проверим перекрытие диапазона частот так же, как это делалось в предыдущем проекте. На рис. 6.18 приведен график перекрытия диапазона, обеспечивающий требования задания.

Далее повторим все измерения, сделанные в предыдущем проекте. На рис. 6.19 показан спектр сигнала ГУН. Очевидно лучшее подавление высших гармоник, что объясняется большей добротностью КК. Подсчитаем КПД ГУН: мощность переменной составляющей мВт, подводимая мощность равна 7.92 + 6.95 = 14.87 мВт. Тогда КПД равен 0.467, немного меньше, нежели в предыдущем проекте. Фазовые шумы (рис. 6.20) чуть больше, нежели в предыдущем проекте. Если бы добротность КР была бы той же, что у сосредоточенной индуктивности, то они должны были бы увеличиться на 6 дБ, однако ввиду гораздо большей добротности КР они практически не изменились.