350 rub
Journal Radioengineering №6 for 2012 г.
Article in number:
Autodyne Characteristic Dependence on the UHF Oscillator-s Inherent Parameters
Authors:
V.Ya. Noskov, K.A. Ignatkov, S.M. Smolskiy
Abstract:
From positions of a general approach, the analysis of autodyne characteristic dependence upon the inherent properties of the UHF oscillator such as their non-isochronism, non-isodromic as well as the phenomenon of the "frequency detection" is fulfilled. For this, the generalized model of the single-tuned autodyne oscillator is considered, in which the action of a reflected wave is represented in the form of the variable load. For the case of small disturbances of a steady-state mode by the reflected radiation the linearized equation system is obtained for determination the relative variations of amplitude and frequency as well as the output auto-detecting signal. This system solution allowed the fulfillment of calculations of key parameters such as coefficients of auto-detecting and amplification, the autodyne frequency deviation, distortion parameter of the autodyne signal and to draw the volumetric diagrams depending on non-isochronism and non-isodromic coefficients. Moreover, equations for the phase offset angles of the autodyne variations of amplitude and frequency of oscillations are obtained as well as the auto-detection signal under condition of the uniform reflector motion. After normalization of the mentioned solutions, equations of autodyne characteristics are obtained such as phase, frequency, amplitude and bias voltage, calculations of which is fulfilled in accordance with the computer program in the environment of the mathematical package «Mathcad». Results of these calculations are presented in the form of graphs showing the form of the autodyne response at reflector displacement and the spectral analysis is executed. Also the harmonic coefficients, amplitudes of harmonic components of the spectrum and levels of averaged values of the autodyne response dependent on the reflection coefficient modulus at different distance from the reflected object and at inherent oscillator parameters. Experimental investigations for inspection of the key conclusions of the theoretical analysis were fulfilled on the example of the modified oscillator module «Tigel-8M» of 8-mm range produced on the hybrid-integrated technology on the basis of the two-mesa Gunn diode. From comparison of the experimental data obtained with the appropriate calculations we may conclude that there is the qualitative correspondence between theoretical and experimental results. As a result of the fulfilled investigations, it is stated that in result of the analysis of peculiarities of the autodyne characteristic formation at different levels of the reflected radiation there is a possibility of estimation of the inherent properties and parameters of an oscillator such as their non-isochronism and non-isodromic coefficients as well as the frequency detection. It is stated also that in a case of the different sign of non-isochronism and non-isodromic coefficients the dynamic range of the autodyne can be increased by several dB compared with the isochronous oscillator. For more essential extension of the dynamic range, as it is shown in [18] it is expedient to use the frequency stabilization with the help of additional high-Q resonator. It is especially relevant for the millimeter and sub-millimeter waves. Results of this paper are useful at interpretation the experimental results of autodyne oscillators, at examination of the autodyne signal formation as well as at parameter optimization of UHF oscillators intended for short-range radar systems.
Pages: 24-43
References
  1. Берштейн И.Л. Об одной схеме с автомодуляцией // Радиотехника. 1946. Т. 1. № 9. С. 63-66.
  2. Гершензон Е.М., Туманов Б.Н., Бузыкин В.Т. и др. Общие характеристики и особенности автодинного эффекта в автогенераторах // Радиотехника и электроника. 1982. Т. 27. № 1. С.104-112.
  3. Туманов Б.Н., Закарлюк Н.М. Фазовые портреты и особенности автоколебаний автодина на диоде Ганна // Электронная техника. Сер 1. Электроника СВЧ.1985.№ 10. С. 6-13.
  4. Носков В.Я. Анализ автодинного эффекта в СВЧ генераторах с цепью автосмещения первого порядка // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. 1992. № 6. С. 24-30.
  5. Носков В.Я.Динамические особенности автодинного отклика СВЧ генератора // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника. 1992. Т. 35. № 9. С. 9-16.
  6. Воторопин С.Д., Носков В.Я., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 2. Теоретические и экспериментальные исследования // Успехи современной радиоэлектроники. 2007. № 7. С. 3-33.
  7. Воторопин С.Д, Закарлюк Н.М., Носков В.Я., Смольский С.М. О принципиальной невозможности самосинхронизации автодина излучением, отражённым от движущегося объекта // Изв. вузов. Сер. Физика. 2007. № 9. С. 53-59.
  8. Nagano S., Akaiwa Y.Behavior of Gunn Diode Oscillator with a Moving Reflector as a Self-Excited Mixer and a Load Variation Detector // IEEE Transactions on Microwave Theory Technique. 1971. V. МТT-19. № 12. P. 906-910.
  9. Takayama Y.Doppler signal detection with negative resistance diode oscillators // IEEE Transactions on Microwave Theory Technique. 1973. V. МТT-21. № 2. P. 89-94.
  10. Kotani M., Mitsui S., Shirahata K.Load-Variation Detector Characteristics of a Detector-Diode Loaded Gunn Oscillator // Electronics and Communications in Japan.1975. V. 58-B. № 5. P. 60-66.
  11. Туманов Б.Н., Бузыкин В.Т. Особенности автоколебаний в автодинных генераторах СВЧ // Электронная техника. Сер 1. Электроника СВЧ.1983. № 2. С. 3-9.
  12. Lazarus M.J., Pantoja F.P., Somekh M. et al. Nеw direction-of-motion Doppler detector // Electron. Lett. 1980. V. 16. № 25.P. 953-954.
  13. Носков В.Я., Смольский С.М. Автодинный эффект в генераторах с амплитудной модуляцией // Радиотехника. 2011. № 2. С. 21-36.
  14. Воторопин С.Д., Носков В.Я., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 5. Исследования автодинов с частотной модуляцией // Успехи современной радиоэлектроники. 2009. № 3. С. 3-50.
  15. Носков В.Я., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 6. Исследования радиоимпульсных автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2009. № 6. С. 3-51.
  16. Носков В.Я., Смольский С.М. Связь нелинейных искажений сигналов и процесса установления автодинного отклика СВЧ генераторов // Радиотехника. 2010. № 1. С. 55-66.
  17. Андреев B.C., Попов В.И. Перспективы увеличения КПД и мощности генераторов СВЧ на приборах Ганна // Радиотехника. 1973. Т. 28, № 5. С. 2-8.
  18. Косов А.С., Попов В.И., Струков И.А. Исследование возможности расширения частотного диапазона генераторов Ганна при помощи бигармонического режима // Радиотехника и электроника. 1980. Т.25. № 10. C. 2127-2135.
  19. Гершензон Е.М., Левит Б.И., Носков В.Я., Туманов Б.Н. Автодинный эффект в двухчастотных генераторах // Электронная техника. Сер 1. Электроника СВЧ. 1983. № 10. С. 11-16.
  20. Носков В.Я. Исследование особенностей автоколебаний бигармонического автодина при воздействии отражённого излучения // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника.1991. Т. 34. №10.С.44-50.
  21. Носков В.Я.Стабилизированный бигармонический автодин // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника.1991.Т. 34. № 11.С. 61-64.
  22. Носков В.Я.Автодинный эффект в многочастотных автогенераторах // Изв. вузов. Сер. Радиофизика. 1992. Т. 35. № 9. С. 778-789.
  23. Воторопин С.Д., Носков В.Я., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 4. Исследования многочастотных автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2008. № 5. С. 65-88.
  24. Алахов Е.К. Теоретическое исследование изменения постоянной составляющей тока резонатора в отражательных клистронах // Вопросы радиоэлектроники. Сер. 10. Техника радиосвязи. 1961. №3. С. 22-31.
  25. Терещенко А.Ф.О воздействии отражённого сигнала на магнетронный генератор // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общетехническая. 1965. № 1. С. 139-148.
  26. Терещенко А.Ф. О детекторной характеристике автодина-клистрона // Электронная техника. Сер.1. Электроника СВЧ. 1967. № 3. С. 153-155.
  27. Пирогов Ю.А. О механизме детектирования СВЧ-сигналов с помощью отражательных клистронов // Вестник Моск. ун-та. Физика. Астрономия. 1971. Т. 12. № 6. С. 661-667.
  28. Коган И.М.Ближняя радиолокация (теоретические основы). М.: Сов. радио. 1973. 272 с.
  29. Терещенко А.Ф.Чувствительность автодинного генератора на лавинно-пролётном диоде // Радиотехника. 1978. Т. 33. № 2. С. 108-109.
  30. Лебедев Р.В., Пирогов Ю.А. Автодинное детектирование на отражательном клистроне с регистрацией отклика в цепи отражателя // Вестник Моск. ун-та. Физика. Астрономия. 1980. Т. 21. №6. С. 75-77.
  31. Бузыкин В.Т., Носков В.Я. Исследование автодинных характеристик СВЧ генераторов на полупроводниковых диодах // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. 1992. № 7. С. 9-14.
  32. Богачёв В.М., Лысенко В.Г., Смольский С.М. Транзисторные генераторы и автодины / под ред. В.М. Богачёва. М.: Изд. МЭИ. 1993. 344 с.
  33. Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Скрипаль Ан.В. Физика полупроводниковых радиочастотных и оптических автодинов. Саратов: изд-во Сарат. ун-та. 2003. 312 с.
  34. Воторопин С.Д., Носков В.Я., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 3. Функциональные особенности автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2007. № 11. С. 25-49.
  35. Носков В.Я., Смольский С.М. Регистрация автодинного сигнала в цепи питания генераторов на полупроводниковых диодах СВЧ (Обзор) // Техника и приборы СВЧ. 2009. № 1. С. 14-26.
  36. Hobson G.S., Thomas M.Direct frequency demodulation with frequency-locked Gunn oscillators // Electronics Letters. 1971. V. 7. № 3. P. 67-68.
  37. Bestwick P.R., Drinan P.S., Hobson G.S. et. al. Direct frequency demodulation with CW Gunn and IMPATT oscillators // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1973. V. SC-8. № 1. P. 37-43.
  38. Малышев В.А., Роздобудько В.В. Об использовании синхронизированных твердотельных генераторов СВЧ для демодуляции частотно-модулированных сигналов // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1978. № 4. С. 58-63.
  39. Фомин Н.Н., Андреев В.С., Воробейчиков Э.С. и др. Радиотехнические устройства СВЧ на синхронизированных генераторах / под ред. Н.Н. Фомина. М.: Радио и связь. 1991. 192 с.
  40. Бузыкин В.Т., Носков В.Я. Автодины. Области применения и перспективы развития // Радиотехнические системы миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн. Харьков: ИнститутрадиофизикииэлектроникиАНУкраины. 1991.С. 38-47.
  41. Kurokawa K. Injection Locking of Microwave Solid-State Oscillators // Proceedings of the IEEE. 1973. V.61. № 10. P. 1386-1410.
  42. Боголюбов Н.Н., Митропольский Ю.А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. М.: Наука. 1974. 504 с.
  43. Хотунцев Ю.Л., Тамарчак Д.Я. Синхронизированные генераторы и автодины на полупроводниковых приборах. М.: Радио и связь. 1982. 240 с.
  44. Коган И.М., Тамарчак Д.Я., Хотунцев Ю.Л. Автодины. Итоги науки и техники. Сер. Радиотехника. Т.33. М.: ВИНИТИ. 1984. С. 3-175.
  45. Голант М.Б., Бобровский Ю.Л. Генераторы СВЧ малой мощности. Вопросы оптимизации параметров. М.: Сов. радио. 1977. 336 с.
  46. Лебедев И.В.Техника и приборы сверхвысоких частот. Т. 2. Электровакуумные приборы СВЧ / под ред. Н.Д. Девяткова. М.: Высшая школа. 1972. 376 с.
  47. Бычков С.И.Вопросы теории и практического применения приборов магнетронного типа. М.: Сов. радио. 1967. 216 с.
  48. Носков В. Я., Игнатков К. А., Смольский С. М. О влиянии неизодромности СВЧ генераторов на их автодинные характеристики //Сб. докладов XVII МНТК «Радиолокация, навигация, связь» (RLNC*2008). Том. 2. Воронеж. 2011. С. 1595-1607.
  49. Солодов А.В., Солодова Е.А. Системы с переменным запаздыванием. М.: Наука. 1980. 384 с.
  50. Nygren T., Sjolund A. Sensitivity of Doppler Radar with Self-Detecting Diode Oscillators // IEEE Transactions on Microwave Theory Technique. 1974. V. МТT-22. № 5. P. 494-498.
  51. Lasarus M.J., Somekh M.G., Novak S., Pantoja F.R. Directional harmonics in Doppler effect // Electron. Lett. 1981.V. 17. № 2. P. 94-96.
  52. Зубов П.Т., Хотунцев Ю.Л. Спектр колебаний в доплеровских автодинах // Радиотехника и электроника. 1984. Т. 29. № 1. С. 69-74.
  53. Воторопин С.Д., Носков В.Я., Смольский С.М. Применение внешней синхронизации для исследования внутренних свойств СВЧ генераторов по их автодинным характеристикам // Изв. вузов. Сер. Физика. 2008. Т. 51. № 9/2. С. 159 - 163.
  54. Пат. 3369487 (США).
  55. Page C.H. and Astin A.V.Survey of Proximity Fuze Development // American Journal of Physics. 1947. V. 15. № 2. P. 95 - 110.
  56. Пат. 2727140 (США).
  57. Пат. 2715725 (США).
  58. Винницкий А.С. Очерк основ радиолокации при непрерывном излучении радиоволн. М.: Сов.радио. 1961. 495 с.
  59. Пат. 2977590 (США).
  60. Пат. 3329953 (США).
  61. Lazarus M.J., Pantoja F.P., SomekhM. Nеw moving target simulators for Doppler radar // Electronics Letters. 1981. V. 17. № 1.P. 48-49.
  62. Терещенко А.Ф.Воздействие на автогенератор малых сигналов, модулированных по амплитуде, частоте и фазе // Вопросы радиоэлектроники. Сер. общетехническая. 1967. № 7. С. 62-67.
  63. Сколник М.Введение в технику радиолокационных систем. М.: Мир. 1965. 747 с.
  64. Пат. 3443216 (США).
  65. Соколинский В.Г., Шейнкман В.Г. Частотные и фазовые модуляторы и манипуляторы. М.: Радиоисвязь. 1983. 192 с.
  66. Пат. 3058049 (США).
  67. Авт. свид. 1256136 (СССР).
  68. Гейстер С. Р.Влияние параметров пилообразной фазовой модуляции в тракте ретранслятора на спектральные характеристики имитирующих помех // Доклады БГУИР. 2003. № 4. С. 34-38.
  69. Лебедев И.В.Техника и приборы сверхвысоких частот. Т. 1. Техника сверхвысоких частот / под ред. Н.Д. Девяткова. М.: Высш.шк. 1970. 440 с.
  70. Пат. 2683855 (США).
  71. Пат. 3142059 (США).
  72. Пат. 3216014 (США).
  73. Авт. свид. 386461 (СССР).
  74. Сотиров И. А.Ротационен имитатор на доплеров сигнал // В сборнике трудов «Научна сесия, посветена на XI конгрес на НШ». Ч. 6. Габрово. 1975. С. 23-27.
  75. Авт. свид. 1659933 (СССР).
  76. Пат. 2101725 (РФ).
  77. Воторопин С.Д., Носков В.Я., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 1. Конструкторско-технологические достижения // Успехи современной радиоэлек-троники. 2006. № 12. С. 3-30.
  78. Авт. свид. 1639265 (СССР).
  79. Носков В. Я., Игнатков К. А., Смольский С. М. Нелинейные искажения сигналов в стабилизированных автодинных СВЧ генераторах // Приборы и техника СВЧ. 2011. № 1. С. 31-39.