Патент на изобретение №2210175

(54) ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ПОЛИГАРМОНИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР

(57) Реферат:

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередающих устройствах. Достигаемый технический результат – увеличение полосы рабочих частот. Полигармонический генератор содержит активный элемент, выполненный на транзисторе, выходную цепь, которая согласует активный элемент с нагрузкой, и широкополосную входную цепь, при этом параметры выходной цепи в рабочей полосе частот выбраны из заданных соотношений. 2 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередающих устройствах.

Общим недостатком существующих полигармонических генераторов (ПГ) с высоким КПД является узкая полоса рабочих частот. Этот недостаток связан с тем, что в ПГ при перестройке рабочей частоты происходит изменение импеданса не только на основной частоте, но и на гармониках.

Известно техническое решение ПГ, содержащее активный элемент, к выходному электроду которого подключена выходная цепь, параметры которой гарантируют согласование активного элемента с нагрузкой, а между выходным электродом и общей шиной обеспечивают низкое значение импеданса на 2-й гармонике при работе генератора на центральной частоте (T.Nojima, S.Nishiki, K.Chiba, High-efficiencv quasimicrowave GaAs FET Power amplifier. El.Letters, 7-th May 1987, vol.23, N10, pp.512-513).

Реализация высокоэффективного режима и достижение высокого значения КПД в данном генераторе возможно в относительно узкой полосе частот, равной 3%.

Наиболее близким к изобретению является ПГ, работающий при угле отсечки выходного тока, близком к 90^o, содержащий активный элемент, к выходному электроду которого подключена выходная цепь, параметры которой гарантируют согласование активного элемента с нагрузкой, а между выходным электродом и общей шиной обеспечивают низкое значение импеданса на 2-й гармонике и высокое значение импеданса на 3-й гармонике при работе генератора на центральной частоте. Данный генератор имеет также узкую полосу частот, составляющую 5% (S.Toyoda, High Efficiency Amplifiers, JEEE MTT-S Digest, 1994, pp.253-256).

Предлагаемое изобретение направлено на увеличение полосы рабочих частот ПГ. Это достигается тем, что ПГ, содержащий активный элемент, работающий при угле отсечки выходного тока, близком к 90^o, к выходному электроду которого подключена выходная цепь, согласующая активный элемент с нагрузкой, между выходным электродом и общей шиной обеспечивающая низкое значение импеданса на 2-й гармонике и высокое значение импеданса на 3-й гармонике при работе генератора на центральной частоте, в рабочей полосе частот параметры выходной цепи обеспечивают между выходным электродом активного элемента и общей шиной следующие относительные значения реактивных сопротивлений на гармониках:
,
где |X₂|,|X₃| – абсолютные значения реактивного сопротивления на 2-й и 3-й гармониках соответственно;
R_н – активное сопротивление нагрузки, пересчитанное к точкам подключения активного элемента (представление о сопротивлении нагрузки, пересчитанном к точкам подключения активного элемента, известно из литературы, например, см. : 1) Б. Е.Петров, В.А.Романюк “Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах”, М.: Высшая школа, 1989; 2) “Радиопередающие устройства” под ред. Челнокова А.О.; М.: Радио и связь, 1986).

Такой выбор параметров выходной цепи создает благоприятные условия для достижения высокого КПД в полосе рабочих частот, существенно превышающей полосу рабочих частот аналога и прототипа. Это происходит благодаря тому, что формы тока и напряжения на активном элементе, характерные для высокоэффективного полигармонического режима, сохраняются в рабочей полосе частот.

На фиг. 1 представлена схема ПГ, а на фиг.2 – частотные характеристики ПГ.

Предлагаемый ПГ содержит широкополосную входную цепь (1), соединенную с базой транзистора (2), коллектор которого подключен к источнику питания через цепь развязки (3) и соединен с выходной цепью (4). Частная форма реализации выходной цепи, состоящей из элементов (5)-(11), дана на фиг.1. Параметры выходной цепи выбраны таким образом, что в рабочей полосе частот они обеспечивают согласование активного элемента с нагрузкой на основной частоте, а на 2-й и 3-й гармониках импедансы между коллектором транзистора и общей шиной соответствуют приведенным выше неравенствам. ПГ работает следующим образом. Под воздействием входного сигнала транзистор формирует импульсы коллекторного тока с углом отсечки 90^o. При упомянутом выборе импедансов в рабочей полосе частот создаются необходимые условия для получения таких форм напряжения и тока, при которых минимизированы интервалы времени, когда при наличии напряжения на коллекторе транзистора через него протекает ток. При этом также минимизируется тепловая энергия, рассеиваемая транзистором, и полигармонический режим с высоким КПД реализуется в относительной рабочей полосе частот, составляющей 25%.

Предложенное устройство было проверено в конкретной конструктивной реализации широкополосного ПГ. В качестве активного элемента использовался транзистор BLT-53, номинальные значения элементов выходной цепи даны на фиг. 1. Частотные характеристики (фиг.2) показывают, что в относительной полосе частот, равной 25%, ПГ имеет выходную мощность не менее 5 Вт при минимальном КПД 73%, при этом паспортное значение КПД транзистора составляет 60%.

Формула изобретения

Полигармонический генератор, содержащий активный элемент, выполненный на транзисторе, к выходному электроду которого подключена выходная цепь, которая согласует активный элемент с нагрузкой, а также широкополосную входную цепь, соединенную с базой транзистора, при этом под воздействием входного сигнала транзистор формирует импульсы коллекторного тока с углом отсечки 90^o, отличающийся тем, что параметры выходной цепи в рабочей полосе частот выбраны из следующих соотношений:

где |X₂| – абсолютное значение реактивного сопротивления на 2-й гармонике центральной частоты рабочего диапазона;
|X₃| – абсолютное значение реактивного сопротивления на 3-й гармонике центральной частоты рабочего диапазона;
R_н – активное сопротивление нагрузки.

РИСУНКИ