Свч-детектор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Йв Е ИЗОБРЕТЕНИЯСВИДЕТЕЛЬСТВУ ИСА АВТОРСКОМУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Использование: радиотехника СВЧ, приемники прямого усиления, детекторы излучений, датчики СВЧ-мощности. Сущность изобретения. вдоль отрезка прямоугольного вол новода размещена диэлектрическая пластина, на одной стороне которой выполнена волноводно-щелевая Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в широкополосных малошумящих приемных системах миллиметрового диапазона: приемника прямого усиления, детекторах излучений, датчиках СВЧ мощности, РЛС и других.Основной задачей в таких системах является обеспечение максимально возможной чувствительности детектора, стоящего на входе системы и определяющего основные характеристики системы, в возможно более широкой полосе рабочих частот. Кроме того, характеристики детектора должны обеспечиваться без какой-либо. механической перестройки.Известен детектор СВЧ, содержащий полупроводниковый диод, полосковый пв).ьЖпп 1775843 А 1(й)з Н 03 О 9/04, 6 01 Р 21 линия и к одному ее концу подключен щелевой короткозамкнутый шлейф протяженностью А/4, выполненный в форме круга ( А- минимальная длина волны из рабочего диапазона в свободном пространстве); на другой стороне диэлектрической пластины симметрично относительно щели размещены два идентичных разомкнутых с одних концов полосковых проводника, другие концы которых через А /4- отрезок симметричной двухпроводной линии - подключены к входу фильтра нижних частот, выход которого является выходом детектора СВЧ, при этом диод включен между проводниками симметричной двухпроводной линии, расположенными вдоль оси симметрии волноводно-щелевой линии. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. фильтр нижних частот (ФНЧ), согласующий с, резистор и короткозамкнутую волноводнощелевую линию (ВЩЛ), включающую отре- у зок прямоугольного волновода с размещенной вдоль его оси параллельно уз- ф ким стенкам диэлектрической пластиной, на 4-ь одной ив сторон которой, покрытой прова- вд дящим материалом, вдоль оси волновода сформирована щелевая короткозамкнутая линия, причем ФНЧ размещен на диэлектрической пластине перпендикулярно оси волновода с той же стороны, что и щелевая линия, на расстоянии несколько меньшем Ю 4 от ее короткозамкнутого конца, полупроводниковый диод установлен в месте примыкания щелевой линии и ФНЧ, согласующий резистор установлен на щелевой5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Для исключения шунтирующего влияния нахарактеристики детектора короткозамкнутого отрезка регулярной ВЩЛ последнийвыполнен в виде кольцевого нерезонансного шлейфа диаметромбшл =Лв/4,где Л, - длина волны на верхней частотерабочего диапазона частот.На фиг, 1, 2 показано схематическоеизображение и эквивалентная схема заявленного устройства; на фиг. 3 и 4 - частотные зависимости вольт-ваттнойчувствительности и КСВн заявленного устройства.Детектор содержит прямоугольный волновод 1, переходящий в регулярную ВЩЛ 2,оканчивающуюся кольцевым нерезонансным шлейфом 3, причем ВЩЛ 2 и шлейф 3расположены на нижней стороне диэлектрической подложки, а другой стороне которой расположены разомкнутые шлейфысвязи 4, переходящие в симметричнуюдвухпроводную линию 5, расположенную в области кол ьцевого шлейфа 3, т,е,протяженности линии 5 и шлейфа 3 равны,и далее переходящую в симметричный ОНЧ7, один конец которого связан с выходнымразъемом детектора 8, а второй конец заземлен. Полупроводниковый диод 6 подключен к проводникам симметричнойдвухпроводной линии.Детектор работает следующим образом. Входной сигнал, поступающий на волноводный вход детектора,трансформируется в поле ВЩЛ 2, сосредоточенное, в основном, в области узкого зазора ВЩЛ 2, Далее электромагнитныйсигнал поступает на двухпроводную симметричную линию 5, между проводникамикоторой включен полупроводниковый диод6, являющийся нелинейной нагрузкой длясигнала, Симметричная двухпроводная линия 5 и ВЩЛ 2 связаны между собой припомощи разомкнутых шлейфов связи 4, причем симметричная линия 5 и шлейфы 4 связи выполняют двойную роль: являютсятрансформатором импедансов, согласующим активную часть входного импедансадиода 6 с импедансом ВЩЛ 2, а также компенсируют реактивную составляющую входного импеданса диода 6 во всем рабочем диапазоне частот волновода, Электромагнитныйсигнал преобразуется диодом в мощностьпостоянного тока, которая поступает черезФНЧ 7 на выход 8 детектора и далее в нагрузку.Все элементы конструкции детекторавыполнены на тонкой диэлектрической подложке методом двусторонней фотолитографии в виде интегральной вставки, устанавливаемой вдоль оси прямоугольного волновода 1. Значения параметров ВЩЛ 2, симметричной линии 5 и места установки диода 6 выбираются на основе машинного расчета по специальной программе, составленной в соответствии с эквивалентной схемой, приведенной на фиг. 4, Параметрической оптимизацией всех элементов, входящих в схему, достигается согласование и, соответственно, максимальная чувствительность детектора во всем диапазоне частот прямоугольного волновода без какой-либо перестройки.Таким образом, в конструкции детектора отсутствует низкоомный короткозамкнутый отрезок ВЩЛ, шунтирующий импеданс диода и приводящий к сужению полосы рабочих частот, а также отсутствует согласующий резистор, на котором теряется значительная часть мощности входного сигнала, что приводит к потере чувствительности детектора; Вместе с тем, применение согласующей недиссипативной цепи на основе двухпроводной симметричной линии 5 в сочетании с нерезонансным кольцевым шлейфом 3, нагружающим ВЩЛ 2, позволяет обеспечить высокую чувствительность во всем диапазоне рабочих частот волновода 1, Это иллюстрирует рис. 3 и 4, на которых приведены частотные зависимости вольтваттной чувствительности КСВн волноводно-планарного детектора на диапазон частот волновода 37,5 - 53,57 ГГц, Как видно из приведенных рисунков величина вольтваттной чувствительности детектора составляет 5800 ". 800 В/Вт при неравномерности характеристики ф. 1,2 дб, а величина КСВн не превышает 2,5 во всем диапазоне частот, Режим измерений: Р, = 10 мкВт; Я = 100 кОм; 1 см 20 мкА.Простота конструкции, использование высокоточных методов фотолитографии для формирования рисунка платы согласования обеспечивают высокую технологичность и экономическую эффективность конструкции детектора, хорошую повторяемость результатов в условиях серийного производства.Проведем оценку частотных свойств прототипа и предлагаемого детектора исходя из того, что в них применяются одинаковые диоды. В предлагаемом детекторе использован диод с параметрами: К,=1 кОм; Со=0,05 . пф. Как уже отмечалось, в заявляемом детекторе получено значение КСВн2,5 во всем диапазоне частот волновода без перестройки, т,е. в диапазоне 1 о - 12 , что обеспечило получение рав- верхняя сторонйр фУГ 1 цу,ЫЭ ллРлрлкуюРЮРюи8 ю номерной детекторной характеристики (чувствительности) и ее высокого значения. Предположим теперь, что прототип согласован на центральной частоте рассматриваемого диапазона частот (1 =- 45 ГГц), Это означает что обеспечивается условие: Лщд = ЙВа, а проводимость кароткозамыкаощей части прямоугольного валновода (индуктивная), полностью камгенсирует емкастную проводимость диода, Расчет показывает, что при этих условиях на краях диапазона детектор будет иметь э:.ачение КСВн не менее 8, а значение КСВн:2,5 обеспечивается в диапазоне частот Ь .5 О, В действительности же рабочий диапазон прототипа будет еще меньше из-за влияния существенной неоднородности, имеащей место на стыке прямоугольного валнавода и ВШЛ. Значение КСВн =8 приведет к снижению чувствительности детектора на 6-8 дБ по отношению к чувствительности на центральной частоте,Таким образом, диапазон рабочих частот прототипа существенно уже.Ф ар мула изобретения 1. СВЧ-детектор, содержащий отрезок прямоугольного волновода, в котором вдоль продольной оси симметрии размещена диэлектрическая пластина с областями металлизации на одной ее стороне, образующими отрезок волноводно-щелевой линии, к одному концу которога подключен кораткозамкнутый шлейф, на другой стороне диэлектрической пластины размещены диод и фильтр нижних частот (ФКЧ), выход которого является выходом СВЧ-детектора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения полосы рабочих частот при са 5 хранении высокой чувствительности, короткозамкнутый шлейф выполнен щелевым протяженностью Я, /4 вдоль продольной оси симметрии отрезка прямоугольного волновода, где Л - минимальная длина волны10 рабочего диапазона длин волн в свободном пространстве, на другой сторонедиэлектрической пластины симметрично относительно щели размещены два введенных идентичных разомкнутых с одних концов15 полосковых проводника, другие концы которых через введенный отрезок симметричной двухпроводной линии подключены к. входу ВКЧ, который выполнен на отрезках микрополосковой линии, отрезок симмет 20 ричной двухпроводной линии и ФКЧ размещены вдоль оси симметрии волнаводно-щелевай линии, при этом боковые кромки полосковых проводников размещены вдоль границ щели, отрезок25 симметричной двухпроводной линии расположен в области короткозамкнутого щелеваго шлейфа, его длина выбрана равной Л/4 и между его проводниками включен диод,30 2, Детектор по и. 1, отл и ч а ю щи й ся тем, что, с целью улучшения согласования, щелевой каротказамкнутый шлейф выполнен в форме круга.1775843 КдМ Составитель С.ШакиринаТехред М.Моргентал ректор Э.Лончакова Редактор Заказ 4040 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ий комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 оизводственно-издэтел