RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 166664 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 294262 (22) Data zgłoszenia: 17.04.1992 (51) IntCl6: H03B7/14 H03B5/18 (54) Tranzystorowy generator mikrofalowy 43) Zgłoszenie ogłoszono: 18.10.1993 BUP 21/93 (73) Uprawniony z patentu: Przemysłowy Instytut Telekomunikacji, Warszawa, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.06.1995 WUP 06/95 (72) Twórcy wynalazku: Wacław Niemyjski, Warszawa, PL Leszek Nowak, Warszawa, PL PL 166664 B1 (57) Tranzystorowy generator mikrofalowy, przestrajany elektrycznie, zbudowany na dwuwarstwowym, dwustronnie metalizowanym podłożu dielektrycznym, zawierający tranzystor włączony pomiędzy dwie linie paskowe wytrawione w zewnętrznej metalizacji, górnej warstwy podłoża i mający dwa napięciowo czułe rezonansowe obwody przestrajania, zgrubny zawierający waraktorową diodę przestrajającą zgrubnie, rezonator oraz filtr i dokładny zawierający waraktorową diodę przestrajającą dokładnie, rezonator, filtr i rezystor obciążający, i współpracujący z obwodem dodatniego sprzężenia zwrotnego otrzymanego przez wyizolowanie wycinka linii paskowej szczeliną obwodową wykonaną w wewnętrznej metalizacji, górnej warstwy podłoża, pod liniami paskowymi elektrod czynnych tranzystora, znam ienny tym, że wycinek (L) linii paskowej wykonany w obszarze linii paskowych (DD, DG) w obwodzie wyjściowym i obwodzie elektrody sterującej pod tranzystorem (T) tworzy rezonator (RL1) zgrubnego obwodu przestrajania (D1, RL1, F1), ekranowany z jednej strony przez metalizację (M2) dolnej warstwy podłoża, która jest galwanicznie połączona z wewnętrzną metalizacją (M l) górnej warstwy podłoża i tworzący z częścią wycinka (L) linii paskowej obwód dodatniego sprzężenia zwrotnego, w którym między połączenie wycinka (L) linii paskowej rezonatora koplanarnego (RL1) zgrubnego obwodu przestrajania (D1, RL1, F1) i filtr polaryzacji (F1) diody obwodu przestrajania jest włączona waraktorowa dioda przestrajająca zgrubnie (D 1), przy czym waraktorowa dioda przestrajająca dokładnie (D2) jest włączona w obwód rezonansowy tworząc rezonator (D1, RL2, F2) połączony z rezystorem obciążającym (Ro) znajdującym się w odcinku linii paskowej (DG) w obwodzie elektrody sterującej. Fig.2
Tranzystorowy generator mikrofalowy Zastrzeżenie patentowe Tranzystorowy generator mikrofalowy, przestrajany elektrycznie, zbudowany na dwuwarstwowym, dwustronnie metalizowanym podłożu dielektrycznym, zawierający tranzystor włączony pomiędzy dwie linie paskowe wytrawione w zewnętrznej metalizacji, górnej warstwy podłoża i mający dwa napięciowo czułe rezonansowe obwody przestrajania, zgrubny zawierający waraktorową diodę przestrajającą zgrubnie, rezonator oraz filtr i dokładny zawierający waraktorową diodę przestrajającą dokładnie, rezonator, filtr i rezystor obciążający, i współpracujący z obwodem dodatniego sprzężenia zwrotnego otrzymanego przez wyizolowanie wycinka linii paskowej szczeliną obwodową wykonaną w wewnętrznej metalizacji, górnej warstwy podłoża, pod liniami paskowymi elektrod czynnych tranzystora, znam ienny tym, że wycinek (L) linii paskowej wykonany w obszarze linii paskowych (DD, DG) w obwodzie wyjściowym i obwodzie elektrody sterującej pod tranzystorem (T) tworzy rezonator (RL1) zgrubnego obwodu przestrajania (D1, RL1, F 1), ekranowany z jednej strony przez metalizację (M2) dolnej warstwy podłoża, która jest galwanicznie połączona z wewnętrzną metalizacją (M 1) górnej warstwy podłoża i tworzący z częścią wycinka (L) linii paskowej obwód dodatniego sprzężenia zwrotnego, w którym między połączenie wycinka (L) linii paskowej rezonatora koplanarnego (RL1) zgrubnego obwodu przestrajania (D1, RL1, F 1) i filtr polaryzacji (F1) diody obwodu przestrajania jest włączona waraktorowa dioda przestrajająca zgrubnie (D1), przy czym waraktorowa dioda przestrajająca dokładnie (D2) jest włączona w obwód rezonansowy tworząc rezonator (D2, RL2, F2) połączony z rezystorem obciążającym (Ro) znajdującym się w odcinku linii paskowej (DG) w obwodzie elektrody sterującej. * * * Przedmiotem wynalazku jest tranzystorowy generator mikrofalowy, przestrajany elektrycznie, którego częstotliwość oscylacji jest wyznaczana przez obwód rezonansowy, zawierający napięciowo czuły element pojemnościowy i który należy do klasy oscylatorów przestrajanych napięciowo - TVCO. Generator jest przeznaczony zwłaszcza do heterodyn mikrofalowych układów nadawczo-odbiorczych. Znane tranzystorowe generatory mikrofalowe są przestrajane mechanicznie i elektrycznie. W praktyce rodzaj przestrajania generatorów jest wybierany w zależności od zastosowania. Przy czym przestrajanie elektryczne pozwala uzyskać krótsze czasy dostrojenia niż na przykład elektromechaniczne. Generatory przestrajane mechanicznie posiadają wnęki rezonansowe, natomiast generatory przestrajane elektrycznie zawierają obwody rezonansowe lub rezonatory z elementem napięciowym bądź magnetycznym. Generator przestrajany mechanicznie znany jest na przykład z polskiego opisu patentowego nr 149 150. Jego częstotliwość oscylacji jest wyznaczana przez rezonans wnęki z rodzajem pola TE lub TM, z obwodami tranzystora w postaci niesymetrycznych linii paskowych. W generatorze tym, w warstwie metalizacji podłoża jest wykonana obwodowo zamknięta szczelina, wyodrębniająca wycinek stanowiący co najmniej jeden pasek, usytuowany nad liniami paskowymi układu oscylatora, przyłączonymi do elektrod tranzystora, korzystnie polowego, znajdujących się na wysokim potencjale b.w.cz., przy czym wycinek ten jest fragmentem ściany rezonatora. Generator pozwala na uzyskiwanie chwilowo, wysokostabilnych drgań. Tranzystorowe generatory mikrofalowe, przestrajane elektrycznie, zawierające napięciowo czuły element pojemnościowy są wykorzystywane w układach syntezy częstotliwości. Powinny więc cechować się odpowiednio szerokim zakresem przestrajania i bardzo małych zmian częstotliwości w punkcie pracy, to jest przy ustalonej częstotliwości, a więc mieć dużą
166 664 3 czułość zmian częstotliwości w funkcji napięcia przestrajającego dw/duz oraz małą czułość w funkcji napięcia dostrajającego. Przestrajane generatory są opisane w publikacji "Broadband varactor - tuned transistor oscillators"; Ith Microwave Conference MIKON-91 vol.2. Do ich przestrajania używa się diod pojemnościowych, które w wyższych zakresach częstotliwości mikrofalowych znacznie obniżają dobroć przestrajanych nimi rezonatorów, a tym samym stabilność oscylacji długotrwałą i chwilową. W pętli PLL wysoką stabilność chwilową generatora mikrofalowego można uzyskać przez dwustopniowe dostrajanie obwodów rezonansowych oscylatora - zgrubnie i dokładnie. Tranzystorowy generator mikrofalowy, według wynalazku, jest przestrajany elektrycznie i zbudowany na dwuwarstwowym, dwustronnie metalizowanym podłożu dielektrycznym. Zawiera tranzystor włączony pomiędzy dwie linie paskowe wytrawione w zewnętrznej metalizacji górnej warstwy podłoża. M a dwa napięciowe czułe rezonansowe obwody przestrajania, obwód zgrubny zawierający waraktorową diodę przestrajającą zgrubnie, rezonator i filtr oraz obwód dokładny zawierający waraktorową diodę przestrajającą dokładnie, rezonator, filtr i rezystor obciążający, przy czym obwód zgrubny współpracuje z obwodem dodatniego sprzężenia zwrotnego otrzymanego przez wyizolowanie wycinka linii paskowej szczeliną obwodową wykonaną w wewnętrznej metalizacji górnej warstwy podłoża pod liniami paskowymi elektrod czynnych tranzystora. Generator według wynalazku wyróżnia się tym, że wycinek linii paskowej pod tranzystorem wykonany w obszarze linii paskowej w obwodzie wyjściowym i linii paskowej w obwodzie elektrody sterującej jest połączony z rezonatorem koplanarnym zgrubnego obwodu przestrajania, który jest ekranowany z jednej strony przez metalizację dolnej warstwy podłoża, która jest galwanicznie połączona z wewnętrzną metalizacją górnej warstwy podłoża i tworzy z częścią wycinka linii paskowej obwód dodatniego sprzężenia zwrotnego. W obwodzie dodatniego sprzężenia zwrotnego między połączenie wycinka linii paskowej rezonatora koplanamego zgrubnego obwodu przestrajania i filtr polaryzacji diody obwodu przestrajania jest włączona waraktorowa dioda przestrajająca zgrubnie. Przy czym dioda przestrajająca dokładnie jest włączona w obwód rezonansowy tworząc rezonator dokładnego obwodu przestrajania dołączony do rezystora obciążającego odcinka linii paskowej w obwodzie elektrody sterującej. Korzystną cechą generatora według wynalazku jest możliwość przestrajania go w zakresie częstotliwości szerszym od 10% częstotliwości środkowej oraz precyzyjne dostrajanie w tym paśmie, jak również szeroki zakres kształtowania czułości df/du charakterystyki dostrajania precyzyjnego. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowo-blokowy generatora, fig. 2 przedstawia schematycznie widok obwodów drukowanych bardzo wielkiej częstotliwości generatora, fig. 3 przedstawia sposób dołączenia diody przestrajającej zgrubnie. Tranzystorowy generator mikrofalowy, według wynalazku, zbudowany jest na dwuwarstwowym dwustronnie metalizowanym podłożu dielektrycznym na dwu warstwach złożonego laminatu teflonowego, w technice obwodów drukowanych. Na zewnętrznej warstwie górnego podłoża są wytrawione linie paskowe DD i DG podstawowych obwodów tranzystorowego generatora, obwodu wyjściowego i obwodu elektrody sterującej, do których doprowadzone jest w konwencjonalny sposób zasilanie elektrod odpowiednio napięciami U d i Ug. Pomiędzy linie paskowe DD i DG jest włączony tranzystor I unipolarny, którego trzecia elektroda jest podiączona przez metalizowany otwór z drugostronną masą warstwy metalizacji M 1. Każda z linii paskowych DD i DG ma włączony w szereg kondensator CS izolujący składową stałą napięć doprowadzanych do generatora. Dwa napięciowo czułe rezonansowe obwody przestrajania generatora zgrubny D 1, RL1, F 1 i dokładny D2, RL2, F2, Ro zawierają: pierwszy - waraktorową diodę przestrajającą zgrubnie D 1, rezonator koplanarny RL1 oraz dolnoprzepustowy filtr polaryzacji F 1 diody obwodu przestrajania, drugi zaś - waraktorową diodę przestrajającą dokładnie D2, rezonator mikroliniowy RL2, dolnoprzepustowy filtr polaryzacji F2 diody obwodu dostrajania oraz rezystor obciążający Ro.
4 166 664 W wewnętrznej metalizacji M l, górnej warstwy podłoża, pod liniami paskowymi, w obwodzie wyjściowym DD i w obwodzie elektrody sterującej DG, elektrod czynnych traznystora unipolarnego T jest wykonana obwodowa szczelina, która dzięki takiemu usytuowaniu tworzy wyizolowany wycinek L - linii paskowej. Wycinek L linii paskowej połączony z rezonatorem koplanarnym RL1 tworzy reaktancyjny obwód dodatniego sprzężenia zwrotnego. Dodatnie sprzężenie zwrotne jest realizowane przy pomocy sprzężenia linii paskowej w obwodzie wyjściowym i wycinka linii paskowej DD-L z wycinkiem linii paskowej i linią paskową w obwodzie elektrody sterującej L-DG, reprezentowanego przez pojemności sprzęgające CK. Rezonator koplanamy RL1 jest z jednej strony ekranowany przez metalizację dolnej warstwy podłoża, która jest galwanicznie połączona z wewnętrzną metalizacją M 1 górnej warstwy podłoża. W obwód rezonansowy zgrubny D 1, RL1, F 1 przyłączony do obwodu dodatniego sprzężenia zwrotnego w miejscu połączenia z wycinkiem L jest włączona waraktorowa dioda przestrajająca zgrubnie D 1 sterowana napięciem Uz, poprzez filtr polaryzacji F 1 diody obwodu przestrajania dołączony, do metalizacji M2 dolnej warstwy podłoża. Rezonator mikroliniowy D2, RL2, F2 jest włączony w obwód elektrody sterującej tranzystora unipolarnego T poprzez odcinek linii paskowej DG w obwodzie elektrody sterującej i rezystor obciążający Ro i ma charakter rezonansowego obwodu równoległego. Napięcia UG i UD są napięciami wymuszającymi punkt pracy tranzystora T, zaś napięcia Uz i Up są napięciami przestrajającymi poprzez zmianę pojemności diod waraktorowych przestrajających zgrubnie D 1 i dokładnie D2. Przestrajanie zgrubne, szerokie, powoduje silne oddziaływanie obwodu zawierającego diodę przestrajającą zgrubnie D 1 na częstotliwość generatora, natomiast dostrajanie dokładne, wąskie, powoduje słabe oddziaływanie obwodu z diodą przestrajającą dokłanie D2 na częstotliwość pracy generatora wyznaczoną poprzez napięcie Uz podawane na diodę przestrajającą zgrubnie D 1. Dzięki takiej konstrukcji generatora jest możliwe wstępne, zgrubne przestrajanie generatora i jego precyzyjne dostrajanie, co jest korzystne przy pracy generatora w układach ze stabilizacją częstotliwości, zwłaszcza szybko przestrajanych.
166 664
166 664 Fig.1 Fig.2 Fig 3 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.