RU2486636C1 - Method of generating high-frequency signals and apparatus for realising said method - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: active two-terminal nonlinear element is connected in parallel to a load, made in form of a first two-terminal element with complex impedance, on the other side of the active two-terminal nonlinear element, a second two-terminal element with complex impedance is connected, said complex impedance imitating resistance of a generator signal source in amplification mode; excitation conditions in form of amplitude balance and phase balance and matching conditions are simultaneously satisfied on the given number of frequencies by selecting values of imaginary components of resistance of the first Xnm and second X0m of the two-terminal elements based on the condition of providing a stationary generation mode in form of the quotient of the transfer constant in amplification mode being equal to zero at all given frequencies of the generated high-frequency signals for unknown amplitude of the dc voltage source.

EFFECT: wider range of generated oscillations, generating complex signals, creating efficient compact generation devices for radio communication equipment with a given number of radio channels.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретения относятся к областям радиосвязи и могут быть использованы для создания устройств генерации высокочастотных сигналов на заданном количестве частот, что позволяет формировать сложные сигналы и создавать эффективные средства радиосвязи с заданным количеством радиоканалов.The invention relates to the field of radio communication and can be used to create devices for generating high-frequency signals at a given number of frequencies, which allows you to generate complex signals and create effective radio communications with a given number of radio channels.

Известен способ генерации высокочастотного сигнала, основанный на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, организации внешней положительной обратной связи между нагрузкой и управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемого высокочастотного сигнала, и условий согласования нелинейного элемента с нагрузкой (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы - М: «Дрофа», - 2006, с.383-401).A known method of generating a high-frequency signal, based on the conversion of the energy of a constant voltage source into the energy of a high-frequency signal, organizing an external positive feedback between the load and the control electrode of a three-pole nonlinear element, fulfilling the excitation conditions in the form of a balance of amplitudes and phase balance, which respectively determine the amplitude and frequency of the generated high-frequency signal, and the conditions for matching a nonlinear element with a load (see Gonorovsky I.S. Radio Engineering kie chains and signals - M: “Bustard”, - 2006, p. 383-401).

Известно устройство генерации высокочастотного сигнала, состоящее из источника постоянного напряжения, устанавливающего рабочую точку на середине квазилинейного участка проходной вольтамперной характеристики транзистора, реактивного четырехполюсника, нагрузки в виде параллельного колебательного контура, RC - цепи внешней положительной обратной связи между нагрузкой и управляющим электродом транзистора, при этом параметры контура, транзистора и варикапа выбраны из условия обеспечения заданных амплитуды и частоты генерируемого высокочастотного сигнала (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы - М.: «Дрофа», - 2006, с.383-401).A device for generating a high-frequency signal, consisting of a constant voltage source, which sets the operating point in the middle of the quasilinear section of the current-voltage characteristic of the transistor, reactive four-terminal, load in the form of a parallel oscillatory circuit, RC - external positive feedback circuit between the load and the control electrode of the transistor, the parameters of the circuit, transistor and varicap are selected from the condition of ensuring the given amplitude and frequency of the generated high okokhiznogo signal (see. Gonorovsky I.S. Radio-technical circuits and signals - M .: "Bustard", - 2006, p.383-401).

Принцип действия этого устройства состоит в следующем. При включении источника постоянного напряжения (тока) в силу скачкообразного изменения амплитуды во всей цепи возникают колебания, спектр которых занимает весь частотный радиодиапазон. Амплитуды этих колебаний быстро затухают. Однако, благодаря наличию цепи положительной обратной связи, колебание с частотой, равной резонансной частоте колебательного контура, поступает на управляющий электрод транзистора, который в силу согласования с помощью реактивного четырехполюсника начинает работать в режиме усиления до момента увеличения амплитуды этого колебания до уровня, при котором наступает режим насыщения (ограничения амплитуды). Наступает стационарный режим.The principle of operation of this device is as follows. When a constant voltage (current) source is turned on, due to an abrupt change in the amplitude, oscillations arise in the entire circuit, the spectrum of which occupies the entire frequency radio range. The amplitudes of these oscillations decay quickly. However, due to the presence of a positive feedback circuit, the oscillation with a frequency equal to the resonant frequency of the oscillating circuit is supplied to the control electrode of the transistor, which, by matching with the reactive four-terminal device, starts to operate in the amplification mode until the amplitude of this oscillation increases to the level at which saturation mode (amplitude limits). There is a stationary mode.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ генерации высокочастотного сигнала, основанный на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, организации внутренней обратной связи в нелинейном элементе путем использования в качестве него двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемого высокочастотного сигнала, и условий согласования нелинейного элемента с нагрузкой, (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: «Дрофа», - 2006, с.414-417).The closest in technical essence and the achieved result (prototype) is a method of generating a high-frequency signal, based on the conversion of the energy of a constant voltage source into the energy of a high-frequency signal, organizing internal feedback in a nonlinear element by using a bipolar nonlinear element with negative differential resistance, performing excitation conditions in the form of a balance of amplitudes and a balance of phases, which determine, respectively, the amplitude and frequency from the generated high-frequency signal, and the conditions for matching the non-linear element with the load (see Gonorovsky IS Radio engineering circuits and signals. - M.: “Drofa”, - 2006, p. 414-417).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство генерации высокочастотного сигнала, состоящее из источника постоянного напряжения, устанавливающего рабочую точку на середине падающего участка вольтамперной характеристики двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением, реактивного четырехполюсника, нагрузки в виде параллельного колебательного контура, при этом параметры контура, двухполюсного нелинейного элемента и варикапа выбраны из условия обеспечения заданных амплитуды и частоты генерируемого высокочастотного сигнала (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы - М.: «Дрофа», - 2006, с.414-417). Принцип действия этого устройства состоит в следующем. При включении источника постоянного напряжения (тока) в силу скачкообразного изменения амплитуды во всей цепи возникают колебания, спектр которых занимает весь частотный радиодиапазон. Амплитуды этих колебаний быстро затухают. Однако, благодаря наличию внутренней обратной связи в двухполюсном нелинейном элементе на участке с падающей вольтамперной характеристикой возникает отрицательное дифференциальное сопротивление, которое в силу согласования с помощью реактивного четырехполюсника компенсирует потери в контуре. Благодаря этому, колебание с частотой, равной резонансной частоте колебательного контура, усиливается до момента увеличения амплитуды этого колебания до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы падающего участка вольтамперной характеристики. Наступает стационарный режим.The closest in technical essence and the achieved result (prototype) is a device for generating a high-frequency signal, consisting of a constant voltage source that sets an operating point in the middle of the falling section of the voltage-current characteristic of a bipolar nonlinear element with negative differential resistance, a reactive four-terminal, load in the form of a parallel oscillatory circuit, the parameters of the circuit, the bipolar nonlinear element and the varicap are selected from the conditions ya ensure the specified amplitude and frequency of the generated high-frequency signal (see Gonorovsky IS Radio engineering circuits and signals - M .: "Drofa", - 2006, p. 414-417). The principle of operation of this device is as follows. When a constant voltage (current) source is turned on, due to an abrupt change in the amplitude, oscillations arise in the entire circuit, the spectrum of which occupies the entire frequency radio range. The amplitudes of these oscillations decay quickly. However, due to the presence of internal feedback in a bipolar nonlinear element, a negative differential resistance arises in the section with a falling current-voltage characteristic, which, by matching with a reactive four-terminal, compensates for losses in the circuit. Due to this, the oscillation with a frequency equal to the resonant frequency of the oscillatory circuit is amplified until the amplitude of this oscillation increases to a level at which the amplitude goes beyond the falling section of the current-voltage characteristic. There is a stationary mode.

Недостатком указанных способов и устройств является генерация высокочастотного сигнала только на одной частоте. Кроме того, не указывается, каким образом необходимо выбирать значения параметров реактивного четырехполюсника, при которых наступает режим возбуждения и стационарный режим. Особенно остро возникает этот вопрос при проектировании устройств генерации в диапазонах ВЧ и УВЧ, на которых обязательно нужно учитывать реактивные составляющие параметров нелинейных элементов. В настоящее время классическая теория радиотехнических цепей это не учитывает. С другой стороны, условия генерации можно обеспечить и без реактивного четырехполюсника, что уменьшает габариты и массу устройства за счет уменьшения количества реактивных элементов.The disadvantage of these methods and devices is the generation of a high-frequency signal at only one frequency. In addition, it does not indicate how it is necessary to choose the values of the parameters of the reactive four-port network at which the excitation mode and the stationary mode occur. This question arises especially sharply when designing generation devices in the HF and UHF bands, on which the reactive components of the parameters of nonlinear elements must be taken into account. Currently, the classical theory of radio circuits does not take this into account. On the other hand, the generation conditions can be provided without a reactive four-terminal network, which reduces the size and weight of the device by reducing the number of reactive elements.

Техническим результатом изобретения является повышение диапазона генерируемых колебаний, генерация высокочастотных сигналов на заданном количестве частот и уменьшение количества реактивных элементов, что позволяет формировать сложные сигналы и создавать эффективные компактные устройства генерации для средств радиосвязи с заданным количеством радиоканалов. Использование различных видов обратной связи расширяет возможности физической реализуемости указанного результата.The technical result of the invention is to increase the range of generated oscillations, generate high-frequency signals at a given number of frequencies and reduce the number of reactive elements, which allows you to generate complex signals and create efficient compact generation devices for radio communications with a given number of radio channels. The use of various types of feedback expands the possibilities of physical feasibility of the specified result.

1. Указанный результат достигается тем, что в известном способе генерации высокочастотных сигналов, основанном на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, организации внутренней обратной связи в нелинейном элементе путем использования в качестве него активного двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемых высокочастотных сигналов, условий согласования активного двухполюсного нелинейного элемента с нагрузкой, дополнительно активный двухполюсный нелинейный элемент включают параллельно нагрузке, выполненной в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, с другой стороны активного двухполюсного нелинейного элемента параллельно подключают второй двухполюсник с комплексным сопротивлением, имитирующим сопротивление источника сигнала генератора в режиме усиления, условия возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз и условия согласования выполняют на заданном количестве частот за счет выбора значений мнимых составляющих сопротивлений первого X_nm и второго X_0m двухполюсников из условия обеспечения стационарного режима генерации в виде равенства нулю знаменателя коэффициента передачи в режиме усиления одновременно на всех заданных частотах генерируемых высокочастотных сигналов при неизменной амплитуде источника постоянного напряжения в соответствии со следующими математическими выражениями:1. The specified result is achieved by the fact that in the known method of generating high-frequency signals, based on converting the energy of a constant voltage source into the energy of a high-frequency signal, organizing internal feedback in a non-linear element by using an active bipolar non-linear element with negative differential resistance as it is, fulfilling the conditions excitations in the form of a balance of amplitudes and a balance of phases, which respectively determine the amplitude and frequency of the generated high frequency signals, matching conditions of the active bipolar nonlinear element with the load, the additional active bipolar nonlinear element is connected in parallel to the load made in the form of the first bipolar non-linear element with a second impedance with complex resistance imitating the resistance of the generator signal source in parallel, on the other side of the active bipolar nonlinear element in amplification mode, excitation conditions in the form of a balance of amplitudes and phase balance and conditions coordination is performed at a given number of frequencies by choosing the values of the imaginary components of the resistance of the first X _nm and second X _0m two-terminal networks from the condition of providing a stationary generation mode in the form of equal to zero denominator of the transmission coefficient in the amplification mode simultaneously at all given frequencies of the generated high-frequency signals with a constant amplitude of the constant source voltage in accordance with the following mathematical expressions:

$$X_{\text{0}m}=\frac{A{X}_{нm}+B}{C{X}_{нm}+D};$$

$$X_{\text{0}m}=\frac{A{X}_{nm}+B}{C{X}_{nm}+D};$$

$$X_{нm}=\frac{-Y\pm \sqrt{Y^{\text{2}}-4XZ}}{\text{2X}},$$

$$X_{nm}=\frac{-Y\pm \sqrt{Y^{\text{2}}-\mathrm{four}XZ}}{\text{2X}},$$

где A=-b_mr_0m; B=r_нm(1+g_mr_0m)+r_0m; C=g_m; D=b_mr_нm; $$X=r_{0m}\left(g_m^2+b_m^{\text{2}}\right)+g_m$$

;where A = -b _m r _0m ; B = r _nm (1 + g _m r _0m ) + r _0m ; C = g _m ; D = b _m r _nm ; $$X=r_{0m}\left(g_m^2+b_m^{\text{2}}\right)+g_m$$

;

Y=-2br_0m; $$Z=\left[{\left(1+g_m{r}_{нm}\right)}^2+b_m^2{r}_{нm}^2\right]r_{0m}+r_{нm}\left(1+g_m{r}_{нm}\right);$$

r_0m, X_0m - заданные значения действительной составляющей и оптимальные значения мнимой составляющей сопротивления источника входного высокочастотного сигнала генератора в режиме усиления на заданном количестве частот; r_mн, _Xmн - заданные значения действительной составляющей и оптимальные значения мнимой составляющей сопротивления нагрузки на заданном количестве частот; g_m, b_m - заданные значения действительных и мнимых составляющих проводимости активного двухполюсного нелинейного элемента на заданных частотах при заданной амплитуде постоянного напряжения; m=1, 2 … N - номера частот.Y = -2br _0m ; $$Z=\left[{\left(\mathrm{one}+g_m{r}_{nm}\right)}^2+b_m^2{r}_{nm}^2\right]r_{0m}+r_{nm}\left(\mathrm{one}+g_m{r}_{nm}\right);$$

r _0m , X _0m - set values of the real component and optimal values of the imaginary component of the resistance of the source of the input high-frequency signal of the generator in the amplification mode at a given number of frequencies; r _mn , _Xmn - set values of the real component and optimal values of the imaginary component of the load resistance at a given number of frequencies; g _m , b _m - given values of the real and imaginary components of the conductivity of the active bipolar nonlinear element at given frequencies at a given amplitude of the constant voltage; m = 1, 2 ... N - numbers of frequencies.

2. Указанный результат достигается тем, что в устройстве генерации высокочастотных сигналов, состоящем из источника постоянного напряжения, активного двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением и нагрузки, дополнительно активный двухполюсный нелинейный элемент включен параллельно нагрузке, выполненной в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, с другой стороны активного двухполюсного нелинейного элемента параллельно включен второй двухполюсник с комплексным сопротивлением, которое имитирует сопротивление источника входного высокочастотного сигнала генератора в режиме усиления, мнимая составляющая сопротивления нагрузки сформирована в виде последовательного колебательного контура из элементов с параметрами L₁, С₁, параллельно соединенного с произвольным реактивным двухполюсником с сопротивлением х_н, мнимая составляющая сопротивления источника входного высокочастотного сигнала генератора в режиме усиления реализована в виде параллельного колебательного контура из элементов с параметрами L₁, C₂, параллельно соединенного с произвольным реактивным двухполюсником с сопротивлением x₀, причем значения параметров определены из условия обеспечения стационарного режима генерации на двух частотах с помощью следующих математических выражений:2. This result is achieved by the fact that in the device for generating high-frequency signals, consisting of a constant voltage source, an active bipolar nonlinear element with negative differential resistance and load, an additional active bipolar nonlinear element is connected in parallel with the load, made in the form of the first bipolar with complex resistance, s on the other side of the active bipolar nonlinear element, a second bipolar with complex resistance is connected in parallel, which simulates the resistance of the source of the input high-frequency signal of the generator in the amplification mode, the imaginary component of the load resistance is formed in the form of a sequential oscillatory circuit of elements with parameters L ₁ , C ₁ connected in parallel with an arbitrary reactive two-terminal with resistance x _n , the imaginary component of the resistance of the source of the input high-frequency signal generator in the amplification mode is implemented as a parallel oscillatory circuit with the parameters of the elements L _1, C _2, arallelno connected to arbitrary two-pole reactive resistance x _0, and the parameter values determined from the steady state conditions providing lasing at two frequencies using the following mathematical expression:

где A=-b_mr_0m; B=r_нm(1+g_mr_0m)+r_0m; C=g_m; D=b_mr_нm; $$X=r_{\text{0m}}\left(g_{\text{m}}^{\text{2}}+b_{\text{m}}^{\text{2}}\right)+g_{\text{m}}$$

; Y=-2b_mr_0m; $$Z=\left[{\left(1+g_m{r}_{нm}\right)}^2+b_{\text{m}}^{\text{2}}{r}_{\text{нm}}^{\text{2}}\right]r_{0m}+{\text{r}}_{\text{нm}}\left(1+g_m{\text{r}}_{\text{нm}}\right);$$

X_0m; X_нm - оптимальные значения мнимых составляющих сопротивлений источника входного высокочастотного сигнала генератора в режиме усиления и нагрузки на заданных двух частотах ω_m=2πƒ_m; m=1, 2 - номер частоты; r_0m - заданные значения действительной составляющей сопротивления источника входного высокочастотного сигнала генератора в режиме усиления на двух частотах; r_nm - заданные значения действительной составляющей сопротивления нагрузки на двух частотах; g_m, b_m - заданные значения действительных и мнимых составляющих проводимости активного двухполюсного нелинейного элемента на заданных частотах при заданной амплитуде постоянного напряжения; x_0m, х_нm - заданные значения сопротивлений произвольных двухполюсников, входящих в состав мнимых составляющих X_0m; Х_нm комплексных сопротивлений источника сигнала в режиме усиления и нагрузки, на двух частотах.where A = -b _m r _0m ; B = r _nm (1 + g _m r _0m ) + r _0m ; C = g _m ; D = b _m r _nm ; $$X=r_{\text{0m}}\left({\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="g\; m"\; filenames="00000043.png"\; state="\{\{state\}\}">g\; </figure-callout>}}_{\text{m}}^{}+b_{\text{m}}^{\text{2}}\right)+g_{\text{m}}$$

; Y = -2b _m r _0m ; $$Z=\left[{\left(\mathrm{one}+g_m{r}_{nm}\right)}^2+b_{\text{m}}^{\text{2}}{r}_{\text{hm}}^{\text{2}}\right]r_{0m}+{\text{r}}_{\text{hm}}\left(\mathrm{one}+g_m{\text{r}}_{\text{hm}}\right);$$

X _0m ; X _nm - the optimal values of the imaginary components of the resistance of the source of the input high-frequency signal of the generator in the amplification and load conditions for the given two frequencies ω _m = 2πƒ _m ; m = 1, 2 - frequency number; r _0m - set values of the real component of the resistance of the source of the input high-frequency signal of the generator in the amplification mode at two frequencies; r _nm - set values of the real component of the load resistance at two frequencies; g _m , b _m - given values of the real and imaginary components of the conductivity of the active bipolar nonlinear element at given frequencies at a given amplitude of the constant voltage; x _0m , x _nm - the given values of the resistances of arbitrary bipolar, which are part of the imaginary components of X _0m ; X _{nm of the} complex resistances of the signal source in the amplification and load modes, at two frequencies.

На фиг.1 показана схема устройства генерации высокочастотных сигналов (прототип), реализующего способ-прототип.Figure 1 shows a diagram of a device for generating high-frequency signals (prototype) that implements the prototype method.

На фиг.2 показана структурная схема предлагаемого устройства по п.2, реализующая предлагаемый способ генерации по п.1 в режиме усиления.Figure 2 shows the structural diagram of the proposed device according to claim 2, which implements the proposed method of generation according to claim 1 in amplification mode.

На фиг.3 приведена схема реактивного двухполюсника, реализующего мнимую составляющую комплексного сопротивления источника сигнала генератора в режиме усиления.Figure 3 shows a diagram of a reactive two-terminal network that implements the imaginary component of the complex resistance of the generator signal source in amplification mode.

На фиг.4 приведена схема реактивного двухполюсника, реализующего мнимую составляющую комплексного сопротивления нагрузки.Figure 4 shows a diagram of a reactive bipolar that implements the imaginary component of the complex load resistance.

Устройство-прототип (Фиг.1), реализующее способ-прототип, содержит нелинейный элемент - 1 с отрицательным дифференциальным сопротивлением (проводимостью), подключенный к источнику напряжения - 2 с малым внутренним сопротивлением, согласующе-фильтрующее устройство - 3 (реактивный четырехполюсник или согласующий четырехполюсник), колебательный контур на элементах L-4, R-5, C-6, который является нагрузкой - 7. Принцип действия устройства генерации высокочастотных сигналов (прототипа), реализующего способ-прототип, состоит в следующем.The prototype device (Figure 1), which implements the prototype method, contains a non-linear element - 1 with negative differential resistance (conductivity), connected to a voltage source - 2 with low internal resistance, matching filtering device - 3 (reactive four-terminal or matching four-terminal ), the oscillatory circuit on the elements L-4, R-5, C-6, which is the load - 7. The principle of operation of the device for generating high-frequency signals (prototype) that implements the prototype method is as follows.

При включении источника постоянного напряжения - 2 в силу скачкообразного изменения амплитуды во всей цепи возникают колебания, спектр которых занимает весь частотный радиодиапазон. Амплитуды этих колебаний быстро затухают. Однако, благодаря наличию внутренней обратной связи, в двухполюсном нелинейном элементе, например туннельном диоде - 1, на участке с падающей вольтамперной характеристикой возникает отрицательное дифференциальное сопротивление, которое в силу согласования с помощью реактивного четырехполюсника - 3 компенсирует потери в контуре L-4, R-5, С-6. Благодаря этому колебание с частотой, равной резонансной частоте колебательного контура, усиливается до момента увеличения амплитуды этого колебания до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы падающего участка вольтамперной характеристики. Наступает стационарный режим.When you turn on the DC voltage source - 2 due to the abrupt change in the amplitude in the entire circuit, oscillations occur, the spectrum of which occupies the entire frequency radio range. The amplitudes of these oscillations decay quickly. However, due to the presence of internal feedback, in a bipolar nonlinear element, for example, a tunneling diode - 1, a negative differential resistance arises in the section with a falling current-voltage characteristic, which, by matching with a reactive four-terminal-3, compensates for losses in the circuit L-4, R- 5, C-6. Due to this, the oscillation with a frequency equal to the resonant frequency of the oscillatory circuit is amplified until the amplitude of this oscillation increases to a level at which the amplitude goes beyond the falling section of the current-voltage characteristic. There is a stationary mode.

Недостатки способа-прототипа и устройства его реализации описаны выше.The disadvantages of the prototype method and device for its implementation are described above.

Предлагаемое устройство по п.2 (фиг.2), реализующее предлагаемый способ по п.1, содержит активный двухполюсный нелинейный элемент - 1 с известными проводимостями y_m=g_m+jb_m (g_m - отрицательные значения) на заданных частотах генерируемых сигналов, подключенный к источнику постоянного напряжения - 2 (на фиг.2 не показан) и каскадно включенный по высокой частоте между источником входного высокочастотного сигнала в режиме усиления с сопротивлением z_0m=r_0m+jx_0m - 8 на заданных частотах, имитирующим сопротивление источника высокочастотных колебаний (на фиг.2 не показан), возникающих при включении источника постоянного напряжения - 2 в момент скачкообразного изменения амплитуды его напряжения в режиме генерации, и нагрузкой - 9 с сопротивлениями z_нm=r_нm+jх_нm, на заданных частотах. Синтез генератора (выбор значений мнимых составляющих сопротивлений источника входного высокочастотного сигнала генератора в режиме усиления и нагрузки на двух заданных частотах (m=1, 2 - номер частоты), схем формирования этих двухполюсников (фиг.3, фиг.4) осуществлен по критерию обеспечения баланса амплитуд и баланса фаз путем реализации равенства нулю знаменателя коэффициента передачи устройства генерации в режиме усиления одновременно на заданных частотах генерируемых сигналов при постоянной амплитуде постоянного напряжения. В режиме генерации источник входного высокочастотного сигнала отключается и вместо него устанавливается короткозамыкающая перемычка.The proposed device according to claim 2 (figure 2), which implements the proposed method according to claim 1, contains an active bipolar non-linear element - 1 with known conductivities y _m = g _m + jb _m (g _m are negative values) at given frequencies of the generated signals connected to a constant voltage source - 2 (not shown in Fig. 2) and cascaded at a high frequency between the source of the high-frequency input signal in the amplification mode with the resistance z _0m = r _0m + jx _0m - 8 at given frequencies simulating the resistance of the high-frequency source oscillations (on f D.2 not shown) arising from the direct voltage source is turned on - 2 at its hopping voltage amplitude in the generation mode, and the load - 9 with resistances z = r _{nM nM nM} + Jx, at predetermined frequencies. The synthesis of the generator (the choice of the values of the imaginary components of the resistance of the source of the input high-frequency signal of the generator in the gain and load mode at two given frequencies (m = 1, 2 is the frequency number), the circuits for the formation of these two-terminal devices (Fig. 3, Fig. 4) are carried out according to the criterion of ensuring amplitude balance and phase balance by implementing the equalization of the denominator of the transmission coefficient of the generation device in the amplification mode simultaneously at the given frequencies of the generated signals at a constant amplitude of a constant voltage. generating the input frequency signal source is turned off and instead the shorting jumper is installed.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом. При включении источника постоянного напряжения - 2 в силу скачкообразного изменения амплитуды во всей цепи возникают колебания, спектр которых занимает весь частотный радиодиапазон. Амплитуды этих колебаний быстро затухают. Однако благодаря наличию внутренней обратной связи при определенной амплитуде постоянного напряжения в цепи возникает отрицательная проводимость (g_m), которая в силу указанного выбора значений мнимых составляющих сопротивлений источника входного высокочастотного сигнала генератора в режиме усиления - 8 и нагрузки - 9 компенсирует потери во всей цепи одновременно на двух заданных частотах. Амплитуды колебаний с заданными частотами усиливаются до определенных уровней и затем ограничиваются. Благодаря этому колебания с заданными двумя частотами усиливаются до момента увеличения амплитуд этих колебаний до уровня, при котором амплитуда выходит за пределы падающего участка вольтамперной характеристики. Наступает стационарный режим. Окончательно в результате взаимодействия сигналов на двух частотах с нелинейным элементом в режиме генерации возникают продукты нелинейного взаимодействия с комбинационными частотами ω_n=Iω₁±Кω₂, I, К=0, 1, 2 ….The proposed device operates as follows. When you turn on the DC voltage source - 2 due to the abrupt change in the amplitude in the entire circuit, oscillations occur, the spectrum of which occupies the entire frequency radio range. The amplitudes of these oscillations decay quickly. However, due to the presence of internal feedback at a certain amplitude of the direct voltage in the circuit, negative conductivity (g _m ) occurs, which, due to the indicated choice of the values of the imaginary components of the resistance of the source of the input high-frequency signal of the generator in amplification mode - 8 and load - 9, compensates for losses in the entire circuit at the same time at two given frequencies. The oscillation amplitudes with given frequencies are amplified to certain levels and then limited. Due to this, the oscillations with the given two frequencies are amplified until the amplitudes of these oscillations increase to a level at which the amplitude goes beyond the falling section of the current-voltage characteristic. There is a stationary mode. Finally, as a result of the interaction of signals at two frequencies with a nonlinear element in the generation mode, products of nonlinear interaction with combination frequencies ω _n = Iω ₁ ± Kω ₂ , I, K = 0, 1, 2 ... arise.

Докажем возможность реализации указанных свойств.Let us prove the feasibility of implementing these properties.

Исходными также являются зависимости проводимости активного двухполюсного нелинейного элемента у=g+jb от частоты при постоянном напряжении. Для простоты аргумент (частота) опущен.The initial ones are also the dependences of the conductivity of the active bipolar nonlinear element y = g + jb on the frequency at constant voltage. For simplicity, the argument (frequency) is omitted.

Нормированная классическая матрица передачи нелинейного элемента (VD) в поперечной цепи и всего устройства:The normalized classical matrix of transmission of a nonlinear element (VD) in the transverse chain and the entire device:

$$A=\left|\begin{array}{cc}\sqrt{\frac{z_{н}}{z_0}}& 0\\ y\sqrt{z_0{z}_{\text{н}}}& \sqrt{\frac{z_0}{z_{\text{н}}}}\end{array}\right|.\left(1\right)$$

$$A=\left|\begin{array}{cc}\sqrt{\frac{z_n}{z_0}}& 0\\ y\sqrt{z_0{z}_{\text{n}}}& \sqrt{\frac{z_0}{z_{\text{n}}}}\end{array}\right|.\left(\mathrm{one}\right)$$

Используя известную связь элементов матрицы рассеяния с элементами классической матрицы передачи [Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1971, с.34-36] и матрицу передачи (1), получим выражение для коэффициента передачи генератора в режиме усиления:Using the well-known connection of the elements of the scattering matrix with the elements of the classical transmission matrix [Feldstein A.L., Yavich L.R. Microwave four-terminal and eight-terminal synthesis. M .: Communication, 1971, pp. 34-36] and the transmission matrix (1), we obtain the expression for the transmission coefficient of the generator in the amplification mode:

$$S_{21}=\frac{2\sqrt{z_0{z}_{н}}}{y{z}_{н}{\text{z}}_{\text{0}}+z_{н}+z_0}.\left(2\right)$$

$$S_{21}=\frac{2\sqrt{z_0{z}_n}}{y{z}_n{\text{z}}_{\text{0}}+z_n+z_0}.\left(2\right)$$

Входящий в (2) корень можно представить в виде комплексного числа a+jb, гдеThe root in (2) can be represented as a complex number a + jb, where

$$a=\pm \sqrt{\frac{\sqrt{x^2+y^2+x}}{2}};$$

$$b=\pm \sqrt{\frac{\sqrt{x^2+y^2-x}}{2}};$$

x=r₀r_н-x₀x_н; y=r₀x_н+x₀r_н. $$a=\pm \sqrt{\frac{\sqrt{x^2+{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="y"\; filenames="00000043.png"\; state="\{\{state\}\}">y</figure-callout>}}^2+x}}{2}};$$

$$b=\pm \sqrt{\frac{\sqrt{x^2+y^2-\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="x"\; filenames="00000043.png"\; state="\{\{state\}\}">x</figure-callout>}}}{2}};$$

x = r ₀ r _n -x ₀ x _n ; y = r ₀ x _n + x ₀ r _n

После денормировки коэффициента передачи (4) путем умножения наAfter denormalizing the transmission coefficient (4) by multiplying by

$$\sqrt{\frac{z_{\text{н}}}{{\text{z}}_{\text{0}}}}$$

последнее выражение изменяется a=r_n; b=x_n. $$\sqrt{\frac{z_{\text{n}}}{{\text{z}}_{\text{0}}}}$$

the last expression changes a = r _n ; b = x _n .

Денормированный коэффициент передачи связан с физически реализуемой передаточной функцией следующим образом $$H=\frac{1}{2}{S}_{21}$$

. В соответствии с иммитансным критерием устойчивости [Куликовский А.А. Устойчивость активных линеаризованных цепей с усилительными приборами нового типа. М-Л.: ГЭИ, 1962. 192 с.] сумма действительных составляющих сопротивлений активной и пассивной частей при стационарном режиме генерации должна быть равна нулю. При этом сумма мнимых составляющих сопротивлений активной и пассивной частей тоже должна быть равна нулю. Первое равенство определяет амплитуду, а второе - частоту генерируемого колебания. Эти равенства, по существу, означают равенство нулю знаменателя коэффициента передачи генератора в режиме усиления.The denormalized transmission coefficient is associated with a physically feasible transfer function as follows $$H=\frac{\mathrm{one}}{2}{S}_{21}$$

. In accordance with the immitance stability criterion [Kulikovsky A.A. Stability of active linearized circuits with amplifiers of a new type. M-L .: SEI, 1962. 192 pp.] The sum of the real components of the resistances of the active and passive parts in the stationary mode of generation should be zero. In this case, the sum of the imaginary components of the resistances of the active and passive parts must also be equal to zero. The first equality determines the amplitude, and the second determines the frequency of the generated oscillation. These equalities essentially mean that the denominator of the generator gain in the gain mode is equal to zero.

Преобразуем знаменатель коэффициента передачи и запишем его в виде, соответствующем условию возникновения стационарного режима генерации по иммитансному критерию $$z_0+\frac{z_{\text{н}}}{z_{н}y+1}=\mathrm{0,}$$

где первое слагаемое - это сопротивление пассивной части генератора, а второе слагаемое - входное сопротивление активной части генератора или входное сопротивление четырехполюсника в виде включенного в поперечную цепь двухполюсного нелинейного элемента с элементами классической матрицы передачи а₁₁=1, а₁₂=0, а₂₁=у, а₂₂=1 (1), нагруженного на сопротивление нагрузки z_н. Это условие можно переписать в другом виде $$1-\frac{-z_{\text{н}}}{\left(z_{н}y+1\right)z_0}=0$$

, который соответствует условию баланса амплитуд и баланса фаз 1-KB=0 (Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы - М.: «Дрофа», - 2006, с.383-401) для эквивалентной цепи с внешней положительной обратной связью. Для данного вида генератора $$K=\frac{z_{н}}{\left(z_{н}y+1\right)z_0}$$

- коэффициент передачи цепи прямой передачи; В=-1 - коэффициент усиления цепи обратной связи. Возможны и другие варианты представления величин К и В. Это различие для изобретения не имеет принципиального значения. В любом случае условия баланса амплитуд и баланса фаз и иммитансный критерий устойчивости соответствуют равенству нулю знаменателя коэффициента передачи.We transform the denominator of the transfer coefficient and write it in the form corresponding to the condition for the emergence of a stationary generation mode according to the immitance criterion $$z_0+\frac{z_{\text{n}}}{z_{n}y+\mathrm{one}}=0$$

where the first term is the resistance of the passive part of the generator, and the second term is the input resistance of the active part of the generator or the input resistance of the four-terminal in the form of a bipolar nonlinear element included in the transverse circuit with elements of the classical transmission matrix a ₁₁ = 1, ₁₂ = 0, and ₂₁ = y, and ₂₂ = 1 (1), loaded on the load resistance z _n . This condition can be rewritten in another form. $$\mathrm{one}-\frac{-z_{\text{n}}}{\left(z_{n}y+\mathrm{one}\right)z_0}=0$$

, which corresponds to the condition of the balance of amplitudes and phase balance 1-KB = 0 (Gonorovsky IS Radio engineering circuits and signals - M .: "Bustard", - 2006, p. 383-401) for an equivalent circuit with external positive feedback. For this type of generator $$K=\frac{z_n}{\left(z_{n}y+\mathrm{one}\right)z_0}$$

- gear ratio of the direct transmission circuit; B = -1 is the gain of the feedback circuit. There are other possible representations of the values of K and B. This difference for the invention is not of fundamental importance. In any case, the conditions for the balance of amplitudes and phase balance and the immitance stability criterion correspond to the vanishing of the denominator of the transmission coefficient.

Приравняем знаменатель коэффициента передачи к нулю и разделим между собой действительную и мнимую части. Получим систему двух алгебраических уравнений:We equate the denominator of the transmission coefficient to zero and divide the real and imaginary parts. We get a system of two algebraic equations:

$$\left(1-b{x}_{\text{н}}+g{r}_{\text{н}}\right)r_0-x_0\left(g{x}_{\text{н}}+b{r}_{\text{н}}\right)+r_{\text{н}}=0$$

; $$\left(1-b{x}_{\text{н}}+g{r}_{\text{н}}\right)x_0+r_0\left(g{x}_{\text{н}}+b{r}_{\text{н}}\right)+x_{\text{н}}=0.\left(3\right)$$

$$\left(\mathrm{one}-b{x}_{\text{n}}+g{r}_{\text{n}}\right)r_0-x_0\left(g{x}_{\text{n}}+b{r}_{\text{n}}\right)+r_{\text{n}}=0$$

; $$\left(\mathrm{one}-b{x}_{\text{n}}+g{r}_{\text{n}}\right)x_0+r_0\left(g{x}_{\text{n}}+b{r}_{\text{n}}\right)+x_{\text{n}}=0.\left(3\right)$$

Решение системы уравнений (3) имеет вид:The solution to the system of equations (3) has the form:

$$X_0=\frac{A{X}_{\text{н}}+B}{C{X}_{\text{н}}+D}$$

; $$X_{\text{н}}=\frac{-Y\pm \sqrt{Y^2-4XZ}}{2X},\left(4\right)$$

$$X_0=\frac{A{X}_{\text{n}}+B}{C{X}_{\text{n}}+D}$$

; $$X_{\text{n}}=\frac{-Y\pm \sqrt{Y^2-\mathrm{four}XZ}}{2X},\left(\mathrm{four}\right)$$

где A=-br₀; B=r_н(1+gr₀)+r₀; C=g; D=br_н; X=r₀(g²+b²)+g; Y=-2br₀; $$Z=\left[{\left(1+g{r}_{\text{н}}\right)}^2+b^2{r}_{\text{н}}^{\text{2}}\right]r_0+r_{\text{н}}\left(1+g{r}_{\text{н}}\right).$$

where A = -br ₀ ; B = r _n (1 + gr ₀ ) + r ₀ ; C = g; D = br _n ; X = r ₀ (g ² + b ² ) + g; Y = -2br ₀ ; $$Z=\left[{\left(\mathrm{one}+g{r}_{\text{n}}\right)}^2+b^2{r}_{\text{n}}^{\text{2}}\right]r_0+r_{\text{n}}\left(\mathrm{one}+g{r}_{\text{n}}\right).$$

Реализация оптимальных аппроксимирующих функций (4) может быть осуществлена различными способами, например с помощью метода интерполяции путем отыскания значений параметров выбранных реактивных двухполюсников, при которых их сопротивления на заданных частотах совпадают с оптимальными. Здесь приводятся два примера построения двухполюсников для двух частот интерполяции, которые использовались для синтеза рассматриваемого варианта генераторов.The implementation of the optimal approximating functions (4) can be carried out in various ways, for example, using the interpolation method by finding the values of the parameters of the selected reactive two-terminal networks, at which their resistances at the given frequencies coincide with the optimal ones. Here are two examples of the construction of two-terminal networks for two interpolation frequencies, which were used to synthesize the considered version of the generators.

Последовательный колебательный контур, параллельно соединенный с произвольным реактивным двухполюсником (фиг.4):Serial oscillatory circuit connected in parallel with an arbitrary reactive bipolar (Fig. 4):

$$\frac{x_{нm}\left({\omega }_m^2{L}_1{C}_1-1\right)}{\left({\omega }_m{L}_1+x_{нm}\right){\omega }_m{C}_1-1}=X_{нm},$$

m=1,2; $${\omega }_m=2\pi f_m\left(5\right)$$

$$\frac{x_{nm}\left({\omega }_m^2{L}_{\mathrm{one}}{C}_{\mathrm{one}}-\mathrm{one}\right)}{\left({\omega }_m{L}_{\mathrm{one}}+x_{nm}\right){\omega }_m{C}_{\mathrm{one}}-\mathrm{one}}=X_{nm},$$

m is 1.2; $${\omega }_m=2\pi f_m\left(5\right)$$

$$L_1=\frac{{\omega }_1{X}_{\text{н1}}{x}_{\text{н1}}\left(X_{\text{н2}}-x_{\text{н2}}\right)+{\omega }_{\text{2}}{X}_{\text{н2}}{x}_{\text{н2}}\left(x_{\text{н1}}-X_{\text{н1}}\right)}{\left(X_{\text{н}2}-x_{\text{н2}}\right)\left(x_{\text{н1}}-X_{\text{н1}}\right)\left({\omega }_{\text{1}}^{\text{2}}-{\omega }_{\text{2}}^{\text{2}}\right)};$$

$$L_{\mathrm{one}}=\frac{{\omega }_{\mathrm{one}}{X}_{\text{n1}}{x}_{\text{n1}}\left(X_{\text{n2}}-x_{\text{n2}}\right)+{\omega }_{\text{2}}{X}_{\text{n2}}{x}_{\text{n2}}\left(x_{\text{n1}}-X_{\text{n1}}\right)}{\left(X_{\text{n}2}-x_{\text{n2}}\right)\left(x_{\text{n1}}-X_{\text{n1}}\right)\left({\omega }_{\text{one}}^{\text{2}}-{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="\omega "\; filenames="00000043.png"\; state="\{\{state\}\}">\omega </figure-callout>}}_{\text{2}}^{\text{2}}\right)};$$

$${С}_1=\frac{\left({\omega }_1^2-{\omega }_2^2\right)\left(x_{н1}-X_{н1}\right)\left(X_{н2}-x_{н2}\right)}{{\omega }_1{\omega }_2\left[{\omega }_1{X}_{н2}{x}_{н2}\left(x_{н1}-X_{н1}\right)+{\omega }_2{X}_{н1}{x}_{н1}\left(X_{н2}-x_{н2}\right)\right]}.$$

$${\mathrm{FROM}}_{\mathrm{one}}=\frac{\left({\omega }_{\mathrm{one}}^2-{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="\omega "\; filenames="00000043.png"\; state="\{\{state\}\}">\omega </figure-callout>}}_2^2\right)\left(x_{n\mathrm{one}}-X_{n\mathrm{one}}\right)\left(X_{n2}-x_{n2}\right)}{{\omega }_{\mathrm{one}}{\omega }_2\left[{\omega }_{\mathrm{one}}{X}_{n2}{x}_{n2}\left(x_{n\mathrm{one}}-X_{n\mathrm{one}}\right)+{\omega }_2{X}_{n\mathrm{one}}{x}_{n\mathrm{one}}\left(X_{n2}-x_{n2}\right)\right]}.$$

Параллельный колебательный контур, параллельно соединенный с произвольным реактивным двухполюсником (фиг.3):Parallel oscillatory circuit connected in parallel with an arbitrary reactive bipolar (Fig. 3):

$$\frac{{\omega }_m{L}_2{x}_{0m}}{{\omega }_m{L}_2+x_{0m}\left(1-{\omega }_m^2{L}_2{C}_2\right)}=X_{0m},$$

$$\frac{{\omega }_m{L}_2{x}_{0m}}{{\omega }_m{L}_2+x_{0m}\left(\mathrm{one}-{\omega }_m^2{L}_2{C}_2\right)}=X_{0m},$$

$$m=\mathrm{1,}2;\left(6\right)$$

$$m=\mathrm{one,}2;\left(6\right)$$

$$L_2=\frac{\left({\omega }_1^2-{\omega }_2^2\right)X_{01}{X}_{02}{x}_{01}{x}_{02}}{{\omega }_1{\omega }_2\left[{\omega }_2{X}_{02}{x}_{02}\left(X_{01}-x_{01}\right)+{\omega }_1{X}_{01}{x}_{01}\left(x_{02}-X_{02}\right)\right]};$$

$${\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="L"\; filenames="00000043.png"\; state="\{\{state\}\}">L</figure-callout>}}_2=\frac{\left({\omega }_{\mathrm{one}}^2-{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="\omega "\; filenames="00000043.png"\; state="\{\{state\}\}">\omega </figure-callout>}}_2^2\right)X_{01}{X}_{02}{x}_{01}{x}_{02}}{{\omega }_{\mathrm{one}}{\omega }_2\left[{\omega }_2{X}_{02}{x}_{02}\left(X_{01}-x_{01}\right)+{\omega }_{\mathrm{one}}{X}_{01}{x}_{01}\left(x_{02}-X_{02}\right)\right]};$$

$$C_2=\frac{{\omega }_2{X}_{01}{x}_{01}\left(X_{02}-x_{02}\right)+{\omega }_1{X}_{02}{x}_{02}\left(x_{01}-X_{01}\right)}{X_{01}{x}_{01}{X}_{02}{x}_{02}\left({\omega }_2^2-{\omega }_1^2\right)}.$$

$${\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="C"\; filenames="00000043.png"\; state="\{\{state\}\}">C</figure-callout>}}_2=\frac{{\omega }_2{X}_{01}{x}_{01}\left(X_{02}-x_{02}\right)+{\omega }_{\mathrm{one}}{X}_{02}{x}_{02}\left(x_{01}-X_{01}\right)}{X_{01}{x}_{01}{X}_{02}{x}_{02}\left({\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="\omega "\; filenames="00000043.png"\; state="\{\{state\}\}">\omega </figure-callout>}}_2^2-{\omega }_{\mathrm{one}}^2\right)}.$$

Реализация оптимальных аппроксимаций частотных характеристик мнимой составляющей сопротивления дополнительного двухполюсника и мнимой составляющей сопротивления нагрузки (4) с помощью (5) или (6) обеспечивает реализацию условия согласования, баланса амплитуд и баланса фаз одновременно на двух заданных частотах. В результате взаимодействия сигналов на двух частотах с нелинейным элементом возникают дополнительные продукты нелинейного взаимодействия с комбинационными частотами ω_n=Iω₁±Кω₂, I, K=0, 1, 2 ….The implementation of optimal approximations of the frequency characteristics of the imaginary component of the resistance of the additional two-terminal device and the imaginary component of the load resistance (4) using (5) or (6) ensures the implementation of the matching condition, amplitude balance, and phase balance simultaneously at two given frequencies. As a result of the interaction of signals at two frequencies with a nonlinear element, additional products of nonlinear interaction arise with Raman frequencies ω _n = Iω ₁ ± Kω ₂ , I, K = 0, 1, 2 ....

Предлагаемые технические решения имеют изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций (каскадное включение активного двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным сопротивлением между введенным сопротивлением источника высокочастотного сигнала генератора в режиме усиления и нагрузкой (фиг.2), выбор частотных характеристик мнимой составляющей сопротивления источника высокочастотного сигнала генератора в режиме усиления и мнимой составляющей сопротивления нагрузки, формирование их схем в указанном виде (фиг.3, фиг.4), выбор значений их параметров из условия обеспечения стационарного режима генерации на двух частотах при неизменном состоянии нелинейного двухполюсного элемента) обеспечивает одновременно формирование высокочастотных сигналов на заданных частотах.The proposed technical solutions have an inventive step, since it does not explicitly follow from the published scientific data and the known technical solutions that the claimed sequence of operations (cascade inclusion of an active bipolar nonlinear element with negative resistance between the input resistance of the generator high-frequency signal source in the amplification mode and the load (Fig. 2), the choice of frequency characteristics of the imaginary component of the resistance of the source of the high-frequency signal of the generator in the amplification mode and the imaginary component of the load resistance, the formation of their circuits in the indicated form (Fig. 3, Fig. 4), the choice of the values of their parameters from the condition of providing a stationary mode of generation at two frequencies with the unchanged state of a nonlinear bipolar element) simultaneously provides the formation of high-frequency signals at given frequencies.

Предлагаемые технические решения практически применимы, так как для их реализации могут быть использованы серийно выпускаемые промышленностью активные двухполюсные нелинейные элементы (туннельные диоды, диода Ганна, лавинно-пролетные диоды и т.д.), реактивные элементы, сформированные в заявленные схемы реактивных двухполюсников (фиг.3, фиг.4). Значения параметров индуктивностей и емкостей этих схем могут быть однозначно определены с помощью математических выражений, приведенных в формуле изобретения.The proposed technical solutions are practically applicable, since active bipolar nonlinear elements (tunnel diodes, Gunn diodes, avalanche-span diodes, etc.), reactive elements formed in the declared schemes of reactive bipolar can be used for their implementation .3, Fig. 4). The values of the parameters of the inductances and capacitances of these circuits can be uniquely determined using mathematical expressions given in the claims.

Технико-экономическая эффективность предложенного устройства заключается в одновременном обеспечении генерации высокочастотного сигнала на двух заданных частотах за счет выбора схемы и значений параметров реактивных элементов по критерию обеспечения условий баланса фаз и амплитуд на этих частотах при неизменном состоянии активного нелинейного двухполюсного элемента, что с учетом нелинейного взаимодействия позволяет формировать сложные сигналы и создавать средства радиосвязи, функционирующие на заданном количестве радиоканалов.The technical and economic efficiency of the proposed device is to simultaneously ensure the generation of a high-frequency signal at two given frequencies due to the choice of the circuit and the values of the parameters of the reactive elements according to the criterion of ensuring the conditions of the balance of phases and amplitudes at these frequencies with the unchanged state of the active nonlinear bipolar element, which, taking into account the nonlinear interaction allows you to generate complex signals and create radio communications that operate on a given number of radio channels .

Claims (2)

1. Способ генерации высокочастотных сигналов, основанный на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, организации внутренней обратной связи в нелинейном элементе путем использования в качестве него активного двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемых высокочастотных сигналов, условий согласования активного двухполюсного нелинейного элемента с нагрузкой, отличающийся тем, что активный двухполюсный нелинейный элемент включают параллельно нагрузке, выполненной в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, с другой стороны активного двухполюсного нелинейного элемента параллельно подключают второй двухполюсник с комплексным сопротивлением, имитирующим сопротивление источника сигнала генератора в режиме усиления, условия возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз и условия согласования одновременно выполняют на заданном количестве частот за счет выбора значений мнимых составляющих сопротивлений первого X_nm и второго X_0m двухполюсников из условия обеспечения стационарного режима генерации в виде равенства нулю знаменателя коэффициента передачи в режиме усиления одновременно на всех заданных частотах генерируемых высокочастотных сигналов при неизменной амплитуде источника постоянного напряжения в соответствии со следующими математическими выражениями:
$$X_{0m}=\frac{A{X}_{нm}+B}{C{X}_{нm}+D};$$

$$X_{нm}=\frac{-Y\pm \sqrt{Y^2-4XZ}}{2X},$$

где A=-b_mr_0m; B=r_нm(1+g_mr_0m)+r_0m; C=g_m; D=b_mr_нm;

;
Y=-2br_0m; $$Z=\left[{\left(1+g_m{r}_{нm}\right)}^2+b_m^2{r}_{нm}^2\right]r_{0m}+r_{нm}\left(1+g_m{r}_{нm}\right);$$

r_0m, X_0m - заданные значения действительной составляющей и оптимальные значения мнимой составляющей сопротивления источника входного высокочастотного сигнала генератора в режиме усиления на заданном количестве частот; r_mн, X_mн - заданные значения действительной составляющей и оптимальные значения мнимой составляющей сопротивления нагрузки на заданном количестве частот; g_m, b_m - заданные значения действительных и мнимых составляющих проводимости активного двухполюсного нелинейного элемента на заданных частотах при заданной амплитуде постоянного напряжения; m=1, 2…N - номера частот.1. A method of generating high-frequency signals, based on the conversion of the energy of a constant voltage source into the energy of a high-frequency signal, organizing internal feedback in a non-linear element by using an active bipolar non-linear element with negative differential resistance, fulfilling the excitation conditions in the form of amplitude balance and phase balance determining respectively the amplitude and frequency of the generated high-frequency signals, the matching conditions of the active a bipolar non-linear element with a load, characterized in that the active bipolar non-linear element is connected in parallel to a load made in the form of a first bipolar with a complex resistance, on the other hand an active bipolar non-linear element is connected in parallel with a second bipolar with a complex resistance simulating the resistance of the generator signal source in amplification mode , the excitation conditions in the form of a balance of amplitudes and phase balance and matching conditions are simultaneously fulfilled for a given ohm number of frequencies by choosing the values of the imaginary components of the resistance of the first X _nm and second X _0m two-terminal networks from the condition of providing a stationary generation mode in the form of equality to zero of the denominator of the transmission coefficient in the amplification mode simultaneously at all given frequencies of the generated high-frequency signals with a constant amplitude of the constant voltage source in accordance with the following mathematical expressions:
$$X_{0m}=\frac{A{X}_{nm}+B}{C{X}_{nm}+D};$$

$$X_{nm}=\frac{-Y\pm \sqrt{Y^2-\mathrm{four}XZ}}{2X},$$

where A = -b _m r _0m ; B = r _nm (1 + g _m r _0m ) + r _0m ; C = g _m ; D = b _m r _nm ;

;
Y = -2br _0m ; $$Z=\left[{\left(\mathrm{one}+g_m{r}_{nm}\right)}^2+b_m^2{r}_{nm}^2\right]r_{0m}+r_{nm}\left(\mathrm{one}+g_m{r}_{nm}\right);$$

r _0m , X _0m - set values of the real component and optimal values of the imaginary component of the resistance of the source of the input high-frequency signal of the generator in the amplification mode at a given number of frequencies; r _mn , X _mn - set values of the real component and optimal values of the imaginary component of the load resistance at a given number of frequencies; g _m , b _m - given values of the real and imaginary components of the conductivity of the active bipolar nonlinear element at given frequencies at a given amplitude of the constant voltage; m = 1, 2 ... N - numbers of frequencies. 2. Устройство генерации высокочастотных сигналов, состоящее из источника постоянного напряжения, активного двухполюсного нелинейного элемента с отрицательным дифференциальным сопротивлением и нагрузки, отличающееся тем, что активный двухполюсный нелинейный элемент включен параллельно нагрузке, выполненной в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, с другой стороны активного двухполюсного нелинейного элемента параллельно включен второй двухполюсник с комплексным сопротивлением, которое имитирует сопротивление источника входного высокочастотного сигнала генератора в режиме усиления, мнимая составляющая сопротивления нагрузки сформирована в виде последовательного колебательного контура из элементов с параметрами L₁, С₁, параллельно соединенного с произвольным реактивным двухполюсником с сопротивлением x_н, мнимая составляющая сопротивления источника входного высокочастотного сигнала генератора в режиме усиления реализована в виде параллельного колебательного контура из элементов с параметрами L₂, C₂, параллельно соединенного с произвольным реактивным двухполюсником с сопротивлением x₀, причем значения параметров определены из условия обеспечения стационарного режима генерации на двух частотах с помощью следующих математических выражений:
$$L_1=\frac{{\omega }_1{X}_{н1}{x}_{н1}\left(X_{н2}-x_{н2}\right)+{\omega }_2{X}_{н2}{x}_{н2}\left(x_{н1}-X_{н1}\right)}{\left(X_{н2}-x_{н2}\right)\left(x_{н1}-X_{н1}\right)\left({\omega }_1^2-{\omega }_2^2\right)};$$

$${С}_1=\frac{\left({\omega }_1^2-{\omega }_2^2\right)\left(x_{н1}-X_{н1}\right)\left(X_{н2}-x_{н2}\right)}{{\omega }_1{\omega }_2\left[{\omega }_1{X}_{н2}{x}_{н2}\left(x_{н1}-X_{н1}\right)+{\omega }_2{X}_{н1}{x}_{н1}\left(X_{н2}-x_{н2}\right)\right]};$$

$$L_2=\frac{\left({\omega }_1^2-{\omega }_2^2\right)X_{01}{X}_{02}{x}_{01}{x}_{02}}{{\omega }_1{\omega }_2\left[{\omega }_2{X}_{02}{x}_{02}\left(X_{01}-x_{01}\right)+{\omega }_1{X}_{01}{x}_{01}\left(x_{02}-X_{02}\right)\right]};$$

$$C_2=\frac{{\omega }_2{X}_{01}{x}_{01}\left(X_{02}-x_{02}\right)+{\omega }_1{X}_{02}{x}_{02}\left(x_{01}-X_{01}\right)}{X_{01}{x}_{01}{X}_{02}{x}_{02}\left({\omega }_2^2-{\omega }_1^2\right)};$$

$$X_{0m}=\frac{A{X}_{нm}+B}{C{X}_{нm}+D};$$

$$X_{нm}=\frac{-Y\pm \sqrt{Y^2-4XZ}}{2X},$$

где A=-b_mr_0m; B=r_нm(1+g_mr_0m)+r_0m; C=g_m; D=b_mr_нm; $$X=r_{\text{0m}}\left(g_{\text{m}}^{\text{2}}+b_{\text{m}}^{\text{2}}\right)+g_{\text{m}}$$

;
Y=-2b_mr_0m; $$Z=\left[{\left(1+g_m{r}_{нm}\right)}^2+b_{\text{m}}^{\text{2}}{r}_{\text{нm}}^{\text{2}}\right]r_{0m}+{\text{r}}_{\text{нm}}\left(1+g_m{\text{r}}_{\text{нm}}\right);$$

X_0m; X_нm - оптимальные значения мнимых составляющих сопротивлений источника входного высокочастотного сигнала генератора в режиме усиления и нагрузки на заданных двух частотах ω_m=2πf_m; m=1, 2 - номер частоты; r_0m - заданные значения действительной составляющей сопротивления источника входного высокочастотного сигнала генератора в режиме усиления на двух частотах; r_nm - заданные значения действительной составляющей сопротивления нагрузки на двух частотах; g_m, b_m - заданные значения действительных и мнимых составляющих проводимости активного двухполюсного нелинейного элемента на заданных частотах при заданной амплитуде постоянного напряжения; X_0m, X_нm - заданные значения сопротивлений произвольных двухполюсников, входящих в состав мнимых составляющих X_0m; X_нm комплексных сопротивлений источника сигнала в режиме усиления и нагрузки, на двух частотах. 2. A device for generating high-frequency signals, consisting of a constant voltage source, an active bipolar non-linear element with negative differential resistance and a load, characterized in that the active bipolar non-linear element is connected in parallel with the load, made in the form of the first bipolar with complex resistance, on the other hand, an active bipolar of a nonlinear element, a second two-terminal device with complex resistance, which simulates the resistance of of the input high-frequency signal of the generator in amplification mode, the imaginary component of the load resistance is formed in the form of a sequential oscillatory circuit of elements with parameters L ₁ , C ₁ connected in parallel with an arbitrary reactive two-terminal with resistance x _n , the imaginary component of the resistance of the source of the input high-frequency signal of the generator in the mode gain is realized as a parallel oscillatory circuit element with the parameters L _2, C _2, connected in parallel with an arbitrary nym reactive two-pole resistance x _0, and the parameter values determined from the steady state conditions providing lasing at two frequencies using the following mathematical expression:
$$L_{\mathrm{one}}=\frac{{\omega }_{\mathrm{one}}{X}_{n\mathrm{one}}{x}_{n\mathrm{one}}\left(X_{n2}-x_{n2}\right)+{\omega }_2{X}_{n2}{x}_{n2}\left(x_{n\mathrm{one}}-X_{n\mathrm{one}}\right)}{\left(X_{n2}-x_{n2}\right)\left(x_{n\mathrm{one}}-X_{n\mathrm{one}}\right)\left({\omega }_{\mathrm{one}}^2-{\omega }_2^2\right)};$$

$${\mathrm{FROM}}_{\mathrm{one}}=\frac{\left({\omega }_{\mathrm{one}}^2-{\omega }_2^2\right)\left(x_{n\mathrm{one}}-X_{n\mathrm{one}}\right)\left(X_{n2}-x_{n2}\right)}{{\omega }_{\mathrm{one}}{\omega }_2\left[{\omega }_{\mathrm{one}}{X}_{n2}{x}_{n2}\left(x_{n\mathrm{one}}-X_{n\mathrm{one}}\right)+{\omega }_2{X}_{n\mathrm{one}}{x}_{n\mathrm{one}}\left(X_{n2}-x_{n2}\right)\right]};$$

$$L_2=\frac{\left({\omega }_{\mathrm{one}}^2-{\omega }_2^2\right)X_{01}{X}_{02}{x}_{01}{x}_{02}}{{\omega }_{\mathrm{one}}{\omega }_2\left[{\omega }_2{X}_{02}{x}_{02}\left(X_{01}-x_{01}\right)+{\omega }_{\mathrm{one}}{X}_{01}{x}_{01}\left(x_{02}-X_{02}\right)\right]};$$

$$C_2=\frac{{\omega }_2{X}_{01}{x}_{01}\left(X_{02}-x_{02}\right)+{\omega }_{\mathrm{one}}{X}_{02}{x}_{02}\left(x_{01}-X_{01}\right)}{X_{01}{x}_{01}{X}_{02}{x}_{02}\left({\omega }_2^2-{\omega }_{\mathrm{one}}^2\right)};$$

$$X_{0m}=\frac{A{X}_{nm}+B}{C{X}_{nm}+D};$$

$$X_{nm}=\frac{-Y\pm \sqrt{Y^2-\mathrm{four}XZ}}{2X},$$

where A = -b _m r _0m ; B = r _nm (1 + g _m r _0m ) + r _0m ; C = g _m ; D = b _m r _nm ; $$X=r_{\text{0m}}\left(g_{\text{m}}^{\text{2}}+b_{\text{m}}^{\text{2}}\right)+g_{\text{m}}$$

;
Y = -2b _m r _0m ; $$Z=\left[{\left(\mathrm{one}+g_m{r}_{nm}\right)}^2+b_{\text{m}}^{\text{2}}{r}_{\text{hm}}^{\text{2}}\right]r_{0m}+{\text{r}}_{\text{hm}}\left(\mathrm{one}+g_m{\text{r}}_{\text{hm}}\right);$$

X _0m ; X _nm - the optimal values of the imaginary components of the resistances of the source of the input high-frequency signal of the generator in the amplification and load conditions for the given two frequencies ω _m = 2πf _m ; m = 1, 2 - frequency number; r _0m - set values of the real component of the resistance of the source of the input high-frequency signal of the generator in the amplification mode at two frequencies; r _nm - set values of the real component of the load resistance at two frequencies; g _m , b _m - given values of the real and imaginary components of the conductivity of the active bipolar nonlinear element at given frequencies at a given amplitude of the constant voltage; X _0m , X _nm - the given values of the resistances of arbitrary bipolar, which are part of the imaginary components of X _0m ; X _{nm of the} complex resistances of the signal source in the amplification and load modes, at two frequencies.

Images