Выбор схем радиопередатчиков и определение их основных параметров. Расчет усилителей мощности. Расчет умножителей частоты. Расчет модуляторов, страница 40

Как правило, в полосу частот, в пределах которой диоды Ганна обеспечивают эффективную регенерацию, попадает несколько резонансов колебательной системы. Поэтому достаточно полное описание генератора достигается лишь при учете в эквивалентной схеме трех-пяти контуров. Это особенно необходимо для волноводных конструкций, где влияние дисперсии существенно сближает частоты соседних обертонов и, кроме того, добавляются резонансные моды на волне типа Т между штырем, крепящим диод в волноводе, и узкими стенками волновода.

Есл и ограничиться учетом собственного контура диода (контур I), двух соседних обертонов волноводного резонатора (контуры II, III) и «квазикоаксиального» резонанса узла крепления диода (контур IV), приходим к четырехконтурной эквивалентной схеме генератора (рис. 12.19). Эквивалентная схема активного элемента здесь представляет собой параллельное соединение проводимостей. Поэтому схема непосредственно описывает процессы в автогенераторе на ДГ. Полезной нагрузкой генератора на рис. 12.19 служит сопротивление , равное входному сопротивлению тракта нагрузки в плоскости включения диода. В отсутствие трансформирующих элементов равно характеристическому сопротивлению 𝜌. Элементы , , обведенные штриховой рамкой, образуют Т-образную схему замещения штыря в волноводе. Значения сопротивлений и этих элементов зависят от частоты (рис. 12.20), диаметра штыря и сечения волновода.

Переменные, относящиеся к собственному контуру диода, отмечены далее индексом 1.

Резонансная частота  и эквивалентное характеристическое сопротивление парциальных контуров II и III, описывающих колебания на обертонах волны , находятся из соотношений (12.1), (12.2). Пример — рис. 12.21.

Для расчета сопротивлений собственных потерь резонатора ,  следует задать значение на соответствующей частоте и использовать стандартное выражение

(12.6)

Добротность зависит от потерь в короткозамыкателе и узле крепления диода, качества обработки и высоты волновода, диапазона частот. Поэтому возможный интервал ее значений очень широк. В качестве ориентировочной оценки для колебания типа  можно принять  на частоте 10 ГГц при  мм², полагая, что зависит от  и .

Параметры контура IV, отображающего резонанс узла крепления диода, рассчитывают, как для обычного коаксиального резонатора с волновым сопротивлением:

                                                                                                           (12.7)

На основном тоне «квазикоаксиального» резонанса . На первом обертоне . Если узел крепления включает коаксиальный стакан, необходимо под  понимать полную длину (высоту) узла крепления между двумя плоскостями замыкания цепи по высокой частоте. Для основного тона квазикоаксиального резонанса коэффициент связи велик: . Поэтому при  приходится учитывать именно этот тип колебаний.

Для первого обертона квазикоаксиального резонанса рассчитывается по формуле (12.1), а зависит от размещения емкостного зазора по высоте штыря. Если обозначить через hрасстояние от середины зазора до ближайшей широкой стенки волновода, то для штыря постоянного диаметра  при h = 0 и  при h= b/2. При  справедлива приближенная формула

 (12.8)

При конструировании генератора следует добиваться неравенства .

Собственная добротность квазикоаксиального контура обычно порядка 100...300. Конкретное значение существенно зависит от утечки энергии через ФНЧ.

Контуры II и III, отображающие волноводные резонансы, связаны не только через общую емкость , но также через элементы эквивалентной схемы штыря, формирующие сопротивление связи j(X_a + Хь).Далее эта дополнительная связь для простоты не учитывается.

Одна из особенностей волноводной конструкции генератора состоит в том, что здесь полезная нагрузка шунтирует сразу все парциальные контуры. Для контуров I и IV эквивалентной схемы на рис. 12.19 вносимое сопротивление потерь находят, преобразуя цепь на рис. 12.22,а в последовательное соединение. Для контуров II и III аналогичная задача решается преобразованием цепи на рис. 12.22,6.