Твердотельный генератор КВЧ диапазона с повышенной долговременной стабильностью частоты
Вантажиться...
Дата
2019
ORCID
DOI
doi.org/10.20998/2413-4295.2019.02.06
Науковий ступінь
Рівень дисертації
Шифр та назва спеціальності
Рада захисту
Установа захисту
Науковий керівник
Члени комітету
Видавець
Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт"
Анотація
Изложен способ долговременной стабилизации частоты твердотельного генератора КВЧ диапазона
путем поддержания постоянной температуры резонансной системы. В качестве такой системы используется открытый резонатор, резонансная частота которого в основном определяется его длиной. Температура резонатора контролировалась полупроводниковым датчиком, а стабилизация температуры осуществлялась с помощью элементов Пельтье, включенных между тепловыделяющим элементом (диодом Ганна) и радиатором. Для согласования высокодобротного открытого резонатора с низкоимпедансным источником электрических колебаний применено многозвенное согласование активного элемента и открытого резонатора, которое разрежало спектр выходного сигнала как по поперечным, так и по продольным типам колебаний. Частота генерации с диодом Ганна составила 36 ГГц, модуляционная характеристика генератора S = Δfг /ΔUД = 6 МГц/В, выходная мощность не менее 50 мВт, точность контроля температуры t = ± 10C в интервале изменения внешней температуры -20- + 300 С, рабочая температура 350 С. В результате генератор с открытым резонатором имел уход частоты менее 0,5 МГц в течение 7 часов. Для сравнения уход частоты аналогичного генератора с волноводным резонатором за то же время составил около 20 МГц. К тому же генератор с открытым резонатором и термостабилизацией быстрее выходил на режим стабилизации частоты. Стабильность частоты, оцениваемая по меткам анализатора спектра, не хуже чем 1∙10-7 мин -1. Долговременная температурная стабильность (Δf/f)/ΔТ = ±1∙10-6/0 C. Следует отметить, что резонатор возбуждается на квазиосновном типе колебаний, что позволяет осуществить дополнительную перестройку частоты за счет изменения длины L резонатора ~0,25 ГГц при снижении мощности генерации на 3 дБ. Подобным методом можно также создать твердотельные источники с долговременной стабильностью в области частот 150-300 ГГц.
A method for long-term frequency stabilization of a solid-state generator of the EHF range by maintaining a constant temperature of the resonant system is described. An open resonator with resonant frequency mainly determined by its length is used. The resonator temperature was controlled by a semiconductor sensor and the temperature stabilization was carried out using Peltier elements connected between the fuel element (Gunn diode) and the radiator. The multi-link matching of the active element and the open resonator, which rarefy the spectrum of the output signal in both transverse and longitudinal types of oscillations, was used to match a high-Q open resonator with a low-impedance source of electrical oscillations. The generation frequency with the Gunn diode was 36 GHz, the modulation characteristic of the generator S = Δfг /ΔUД = 6 MHz / V, output power was not less than 50 mW, accuracy of temperature control t = ± 10C in the range of external temperature changes -20 - + 300 C, operating temperature was 350 C. As a result, the open resonator generator had afrequency drift of less than 0.5 MHz for 7hours. For comparison, the frequency drift of a similar generator with a waveguide resonator for the same time was about 20 MHz. In addition, the generator with an open resonator and thermal stabilization entered the frequency stabilization mode earlier. Frequency stability, estimated by the labels of the spectrum analyzer, is not worse than 1 ∙ 10-7min-1. Long-term temperature stability (Δf/f)/ΔТ = ± 1 ∙ 10-6 / 0 C.It should be noted that the resonator is excited on a quasi-basic type of oscillation, which allows additional frequency tuning by changing the length L of the resonator ~ 0.25 GHz with a decrease in the output power by 3 dB. A similar method could be used to create a solid-state sources with long-term stability in the 150-300 GHz frequency range.
A method for long-term frequency stabilization of a solid-state generator of the EHF range by maintaining a constant temperature of the resonant system is described. An open resonator with resonant frequency mainly determined by its length is used. The resonator temperature was controlled by a semiconductor sensor and the temperature stabilization was carried out using Peltier elements connected between the fuel element (Gunn diode) and the radiator. The multi-link matching of the active element and the open resonator, which rarefy the spectrum of the output signal in both transverse and longitudinal types of oscillations, was used to match a high-Q open resonator with a low-impedance source of electrical oscillations. The generation frequency with the Gunn diode was 36 GHz, the modulation characteristic of the generator S = Δfг /ΔUД = 6 MHz / V, output power was not less than 50 mW, accuracy of temperature control t = ± 10C in the range of external temperature changes -20 - + 300 C, operating temperature was 350 C. As a result, the open resonator generator had afrequency drift of less than 0.5 MHz for 7hours. For comparison, the frequency drift of a similar generator with a waveguide resonator for the same time was about 20 MHz. In addition, the generator with an open resonator and thermal stabilization entered the frequency stabilization mode earlier. Frequency stability, estimated by the labels of the spectrum analyzer, is not worse than 1 ∙ 10-7min-1. Long-term temperature stability (Δf/f)/ΔТ = ± 1 ∙ 10-6 / 0 C.It should be noted that the resonator is excited on a quasi-basic type of oscillation, which allows additional frequency tuning by changing the length L of the resonator ~ 0.25 GHz with a decrease in the output power by 3 dB. A similar method could be used to create a solid-state sources with long-term stability in the 150-300 GHz frequency range.
Опис
Ключові слова
температура, открытый резонатор, temperature, open resonator
Бібліографічний опис
Ольховский И. П. Твердотельный генератор КВЧ диапазона с повышенной долговременной стабильностью частоты / И. П. Ольховский, А. И. Фисун, А. М. Фурсов // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". Сер. : Нові рішення в сучасних технологіях = Bulletin of the National Technical University "KhPI". Ser. : New solutions in modern technology : зб. наук. пр. – Харків : НТУ "ХПІ", 2019. – № 2. – С. 43-48.