Свч-умножитель частоты

(51)5 Н 03 В 19 103 ИЗО ЕТЕНИ СВИДЕТЕЛ ЬСТ СКО К А. Бюл. %42ут технической меха ки АН коловский, В,И,П в и В.И.Самойлов понии М 57 в 411 107, опублик, 1982 ильев,ТЕЛЬ ЧАСТОТЫ : в источниках СВЧ-мощ ого и субмиллиметрово длин волн. Сущност житель содержит отрезо(54) СВЧ - УМНОЖ (57) Испольэовани ности миллиметр го диапазонов изобретения: умн ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Изобретение относится к радиотехнике сверхвысоких частот и может быть использовано при создании источников СВЧ-мощности миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волнИзвестны умножители частоты для СВЧ диапазона, содержащие закороченный отрезок прямоугольного волновода, являющийся входным, и подключенную к нему через широкую стенку коаксиальную линию, в разрыве которой установлен умножительный (варакторный) диод и через которую подается входной сигнал, а выходной линией служит второй прямоугольный волновод, связанный с упомянутой коаксиальной линией, Недостатком такой конструкции умножителя частоты является прежде всего то, что по условиям возбуждения волн входная и выходная линии находятся во взаимно перпендикулярных плоскостях и поэтому возникают значительные трудности констьного волновода с поперечным соответствующим диапазону часого сигнала, в котором вдоль проси установлена диэлектрическая на которой расположены первый оединеннь 1 е между собой, и трее проводники. Полупроводникоительный диод включен между ретьим плоскими проводниками. второй плоские проводники расортогонально широкой стенке , а третий соединен с ней своей омкой, Приведены соотношения а размеров плоских проводников прямоугольного волновода. 2 ил. прямоугол сечением, тот выходн дольной о пластина, и второй, с тий плоски вый умнож вторым и т Первый и положены волновода боковой кр для выбор и отрезка руктивного характера как при изготовлении умножителя, так и при компоновке его в аппаратуру. Кроме того, во входной и выходавек ной линиях передачи согласующие элементы, фильтры в коаксиальной линии связи ограничивают частотные возможности таких умножителей, а удовлетворительные Ц 3 технические характеристики реализуются ("О лишь на частотах, не превышающих 44 ГГц. фЧастично свободным от указанных недостатков умножители, содержащие два прямоугольных волновода, расположенные вдоль одной осевой линии и связанные между собой посредством отрезка микрополо- ф сковой линии, и полупроводниковыйумножительный элемент, подключенный через спиральную контактную пружину и фильтр нижних частот к источнику смещения. Настройка таких умножителей на требуемые значения рабочих частот осуществляется подвижными короткозамы 1775841кающими волноводными поршнями и спи- ральной пружиой, подключенной к одному из электродов полупроводникового умножительного элемента. Однако низкая воспроизводимость параметров, сложность в изготовлении и настройке, низкий уровень технологичности, уход параметров при механических нагрузках(вибрациях) не позвотяог считать такие конструкции умножителей частоты приемлемыми для производства, особенно в коротковолновой части миллиметрового и в субмиллиметравом диапазонах, где неточности в изгоговлении элементов тракта играют решающуо роль,Наиболее близким к предлагаемому является сверхвысокочастатньй умножитель частоты, содержащий отрезок прямоугольного волновода с поперечным сечением, соответствующим диапазону частот выходного сигнала, с размещенным в нем с одной стороны короткозамыкающим поршнем, а с другой - нагрузкой, На одной из узких стенок волновода установлена диэлектрическая пластина, на поверхности которой располокены гальванически связанные между собой первый, второй и третий отрезки полосковых линий. Полуправодиковьумножительный элемент расположен во входном кааксиально-полосковом переходе и соединен одним электродом с центральным проводником коаксиальной линии, другим - с общей точкой отрезков полосковых линий, два из которых параллельны оси волнавода, а третий ортогональный первым двум. Постоянное напряжение на полупроводниковый умножительный диод подается через центральный проводник входной коаксиапьной линии, один из отрезков полосковой линии и тонкий проводник с большой индуктивностью, обеспечиваоций развязку па сверхвысокочастотному сигналу,Указанное размещение отрезков попосковых линий с диодом на узкой стенке волнавада позволяет минимизировать искажение структуры поля в волноводе, однако режим умножения реализуется здесь лишь при подаче внешнего напряжения смещения, так как напряженность сверхвысокочастатнога поля на диоде при таком расположении мала и, следовательно, режим автосмещения не может реализоваться и поэтому на диод подается внешнее напряжение смещения. Поэтому в техническом решении - прототипе 1) режим умножения сопряжен с генерацией шумов за счет протекания тока смещения; 2) рассеиваемая на диоде дополнительная мощность ат протекающего така источника смещения панижа 5 10 15 20 25 30 35 40 ет надекность умножителя; 3) коэффициент полезного действия (коэффицие.т передачи) мал вследствие неполного включения умножительной цепочки,Целью изобретения является повышение коэффициента палезнога действия умножителя частоты при одновременном понижении уровня шумов в выходном сигнале и повышении надежности,Согласно изобретению поставленная цель достигается тем, что в умножителе частоты, содержащем отрезок волновода с поперечным сечением, соответствующим диапазону частот выходного сигнала, диэлектрическую пластину с размещенными на ее поверхности первым, вторым и третьим отрезкам полосковой линии и полупроводниковый умножительный элемент, диэлектрическая пластина расположена в плоскости, проходящей через середины широких стенок отрезка волновода, первый отрезок расположен со стороны входного, второй - со стороны выходного конца волновода, при этом первый и второй отрезки перпендикулярны широким стенкам волновода, третий отрезок полосковой линии расположен параллельно широким стенкам волновада и частично расположен в икней его стен:е, а полупроводниковый умиокительный элемент - между вторым и тоетьим отрезками полосковой линии, причем размеры отрезков полосковой линии и волновода определяются из соотношений: Н/В = =0,620,72; Н 2/ В = 0,380,48; А /В =-: =-0,86,0,91; А 2/В=- 0,981,12, где Н 1, Н 2 и А - длины первого, второго и третьего отрезков полосковой линии, соответственно, А 2 - расстояние от торца волновода да первого отрезка линии, В - высота волновода,На фиг. 1 представлен умножитель частоты, общий вид; на фиг. 2 - умножительная вставка, где 1 - отрезок прямоугольного волновода (срез сделан через середину широких стенок вапнавада), 2 - диэлектрическая пластина, 3,4,5 - отрезки полосковой линии, 6 - полупроводниковый умножительный элемент (преимущественно диод с барьером Шоттки).Сверхвысакочастотный умнокитель частоты работает следующим образом, Подлежащий умножению входной СВЧ сигнал возбукдает контур, образованный отрезком вопнавада 1, частата отсечки которого выше частоты входного сигнала, и обладающий поэтому положительным реактансом, и реактивностью, образованной отрезком 3 полосковой линии. При определенной длине отрезка 5 полосковой линии на полупроводниковом умнажительном элементе осуществляется практически полная концентрацияэлектрического поля и за счет нелинейности вальтамперной или вольткулоновской характеристики элемента паследнега образуется спектр частот, из которого извлекается частота, для которой образована резонансная колебательная система, составными частями которой являются отрезки 3,4,5 полосковой линии и реэктанс умножительнаго элемента, параметры котарага планируются так, чтобы получить максимальную мощность нэ требуемой гармонике входного сигнала, Мощность па указанной гармонике делится поровну между источником входного сигнала и нагрузкой, и в силу выбранных соотношений размеров отрезков полосковых линий в плоскости отрезка 3 образуется паласьазапирэощий фильтр на частоте рабочей гармоники, и образовавшаяся ат нега волна является синфазнай с налнай, рэспрастрэняощейся в направлении нагрузки, Складываясь с последней, она поступает в полезную нэгрузсу, Тем самым достигается максимальна возможное извлечение из диода мОщнОсти нэ заданной гармонике нхадаго сигнала,Воспользовавшись численнымл знэченлями для импедэнсэ отрезка валнанада ,э эстетах нлже критической, сходя из геометрических ега размеров (папере нога сечения и длины) и частоты входного сигнала (япр. Дж, Саусварт. Принципы применеия валнанаднай передачи. - Сав, радио, М, 1955, 699 с,), экспериментально полученных численных значений параметров полупроводникового умнажительнага элемента, можно г алучить численнье значения для геометрических размеров отрезков паласоньх лииЙ, которые могут послужить аснанай для конструирования умнажитель- ОЙ вставки и умнакителя в целом, Тэк, в диапазоне частот входных сигналов 72,79 Г Гц с испальзаваием диодов с барьером Шаттки и прямоугольного валнавада с номинальным сечением 1,6 хОЯ мм, расчетные характеристики хороша согласуются с экспериментальна полученными, э именно: максимальный коэффициент преобразования (Ы 527%) удваителя частоты достигается при следующих размерах отрезков полосковой линии и отрезка валнавада: Н/В = 0,620,72, Н 2/В = 0,380,48, А 1/В =- =0,860,91, А 2/В0,98.1,12, где Н 1 - длина отрезка 4, Н 2 - длина отрезка 3, А 1 - длина отрезка 5 полосковой линии, А 2 - расстояние ат торца налнанадэ да отрезка 3, при этом ширина отрезков полосковых линий, плоскости которых параллельны узким стенкам валновада, порядка , где 10 15 20 2 а 30 35 40 45 55 новых - длина волны на средней частоте выходного сигнала, а проводник 5 на одну треть размещен в нижней широкой стенке волновада.Технико-экономическая эффективность заявленного сверхвысокочастотного умно- жителя частоты определяется технологичностью изготовления, заключающейся прежде всего в максимальном использовании операции фотолитографии, и конструктивной простоте, что является важным обстоятельством как на стадии изготовления умножителя, так и при установке его в аппаратуру, При существующих нормативах на изготовление экспериментальных образцов умножителей себестоимость предлагаемого умножителя в 2,5-3 раза ниже, по сравнению с умножителем-прототипом, при одновременном повышении надежности и улучшении электрических параметров.Формула изобретения СВЧ-умножитель частоты, содержащий отрезок прямоугольного волнаводэ с поперечным сечением, соответствующим диапазону частот выходного сигнала, в котором установлена диэлектрическая пластина с размещенными на ее поверхости первым и вторым соединенными между собой, и третьим плоскими проводниками и полупроводниковый умножительный элемент, а т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целыа повышения КПД при уменьшении уровня шума и повышения надежности, диэлектрическая пластина расположена в плоскости, проходящей через середины широких стенок отрезков прямоугольного валновода, первый и второй отрезки плоских проводниковв расположены ортогонально широким стенкам отрезка прямоугольного валнавода соответственно со стороны охода и выхода, третий плоский проводник соединен сваей боковой кромкой с одной из широких стенок, а полупроводниковый умножительный элемент включен между вторым и третьим плоским проводниками, при этом размеры отрезка прямоугольного волнавода и плоских проводников выбрэньиз соотношенийН /В = 0,62 - 0,72;Н 2/В = 0,38 - 0,48;Нз/В = 0,86 - 0,91;А 2/В =- 0,98 - 1,12,где Н 1, Н 2, Нз - длины соответственна первого, второго и третьего плоских проводников;А 2 - расстояние от входного конца отрезка прямоугольного волноводэ да первого плоского проводника;В - высота отрезка прямоугольного нолновада.1775841 вх Составитель И.СоколовскийТехред М.Моргентал Редактор ректор Э.Лончаков Про твенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,аказ 4040 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5