Свч-дискриминатор сигналов с угловой модуляцией

СОКИ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ИУ И 1) 03 Э 9/04 ОБР ВТОРСИОМ,2, ССР АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(54) (57) СВЧ - ДИСКРИМИНАТОР СИГНАЛОВ С УГЛОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащий квазиоптический резонатор, образованный цилиндрическим корпусом, внутренняя поверхность которого покрыта слоем поглощающего материала, первым и вторым зеркалами, направленными своими вогнутыми поверхностями друг к другу и установленными перпендикулярно образующей цилиндрического корпуса на его торцах, первый входной элемент связи, выполненный в виде прямоугольной щели в центре первого зеркала, второй входной элемент связи, выходные элементы связи, выполненные в виде первой и второй прямоугольных щелей во втором зеркале, с которыми связаны детекторные диоды, соединенные ЕНИЯ "е через фильтры нижних частот с входми дифференциального усилителя, ол и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью упрощения настройки и уменьшния габаритов при использовании вкомбинированных системах автоподстки частоты, второй входной элементсвязи расположен в центре второгозеркала и выполнен в виде прямоугной щели, поперечное сечение котор перпендикулярно поперечному сечению прямоугольной щели первого входного элемента связи, центры поперечных сечений первой и второй прямоугольных щелей расположены на линиях пересечения ортогональныхплоскостей симметрии квазиоптичес,кого резонатора, проходящих параллельно сторонам прямоугольной щели Сф первого входного элемента связи, с повеохностью второго зеркала и смещены от центра второго зеркала на расстояния 0,7-0,75 радиуса его апертуры,а поперечные сечения первой и второй прямоугольных щелей ориентированы ортогонально друг другу и под углами 45 к поперечным сечениям прямоугольных щелей первого1 и второго входных элементов связи соответственно, при этом второе зеркало выполнено с управляемым профилем.Изобретение относится к радио- -технике и может быть использованов измерительных устройствах и системах автоматической подстройки частоты СВЧ-диапазона радиоволн. 5Известен СВЧ-дискриминатор сигналов с угловой модуляцией, содержащий объемный резонатор, входнойэлемент связи, два выходных элементасвязи, ориентированных ортогонально 1 Одруг другу, при этом входной элемент связи расположен под углом135 (или 45 ) по отношению к выходным элементам связи, к которым подключены детекторные диоды, соединенные через фильтры нижних частот с входами дифференциальногоусилителя 11Однако известное устройство имеетограниченный диапазон рабочих частот 2 Ои не позволяет реализовать в одномустройстве функции частотного и фазового дискриминаторов одновременно.Известен также СВЧ-дискриминаторсигналов с угловой модуляцией, содержащий квазиоптический резонатор,образованный цилиндрическим корпусом, внутренняя поверхность которогопокрыта слоем поглощающего материала, первым и вторым зеркалами, направленными своими вогнутыми поверхностями друг к другу и устансъленными перпендикулярно образующей цилиндрического корпуса на его торцах,перВый Входной элемент сВязи Выполненный В виде прямоугольной щелив центре первого зеркала, второйвходной элемент связи, выходныеэлементы связи, выполненные в видепервой и второй прямоугольных щелей во втором зеркале, с которымисвязаны детекторные диоды, соединенные через фильтры нижних частот свходами дифференциального усилителЯ 121.45Недостатками данного устройствапри его использовании в комбинированных системах автоподстройки частоты являются сложность настройкии повышенные габариты, так как уст 50ройство выполняет функции толькофазового дискриминатора и следовательно, должно быть дополнено отдельным частотным дискриминатором.55Цель изобретения - упрощениенастройки и уменьшение габаритовпри использовании в комбинированныхсистемах автонодстройки частоты,Цель достигается тем, что в СВЧ- дискриминаторе сигналов с угловой модуляцией, содержащем квазиоптический резонатор, образованный цилиндрическим корпусом, внутренняя поверхность которого покрыта слоем поглощающего материала, первым и вторым зеркалами, направленными своими вогнутыми поверхностями друг к другу и установленными перпендикулярно образующей цилиндрического корпуса на его торцах, первый входной элемент связи, выполненный в виде прямоугольной щели в центре первого зеркала, второй входной элемент связи, выходные элементы связи, выполненные в виде первой и второй прямоугольных щелей во втором зеркале, с которыми связаны детекторные диоды, соединенные через фильтры нижних частот с входами дифференциального усилителя, второй входной элемент связи распопожен в центре второго зеркала и выполнен в виде прямоугольной щели, поперечное сечение которой перпендикулярно поперечному сечению прямоугольной щели первого входного элемента связи центры поперечных сечений первой и второй прямоугольных щелей расположены на линиях пересечения ортогональных плоскостей симметрии квазиоптического резонатора, проходящих параллельно сторонам прямоугольной щели первого входного эле-, мента связи, с поверхностью второго зеркала и смещены от центра второго зеркала на расстояния 0,7 0,75 радиуса его апертуры, а поперечные сечения первой и второй прямоугольных щелей ориентированы ортогонально друг другу и под углом 45 к поперечным сечениям прямоугольных щелей первого и второго входных элементов связи соответственно, при этом второе зеркало выполнено с управляемым профилем,На фиг, 1 представлена конструкция СВЧ-дискриминатора сигналов с угловой модуляцией, на фиг. 2 - его структурная схемами на фиг. 3 - управляемый профиль второго зеркала, на фиг. 4 - экспериментальное рас - пределение поля на апертуре второго зеркала, на фиг. 5 и 6 - векторные диаграммы, поясняющие работу устройства в режиме Фазового дискриминатора.СВЧ-ди кримииатор сигиаиов с угловой моцуляцией содержит кваэиоптический резоиатор, образованный цилиндрическим корпусом 1, первым ивторым зеркалами 2 и 3, первый и5второй входные элементы 4 и 5 связи.Второе зеркало 3 закреплено в цилиндрическом корпусе 1 неподвижно,а первое зеркало 2 может перемещаться при настройке по пазам 6 и фикОсироваться стопорнымн винтами 7.Внутренняя поверхность цилиндрического корпуса 1 покрыта слоем поглошающего материала 8, например углеродистой резины. Профиль второго зеркала 3 может изменяться с помощьюприжимных винтов 9. На втором зеркале 3 расположены выходные элементы связи, выполненные в видепервой 10 и второй 11 прямоугольныхщелей,Детекторные диоды 12 и 13 (фиг.2) связаны с первой 10 и второй 11 прямоугольными щелями и через фильтры25 14 и 15 нижних частот подключены к входам дифференциального усилителя (не показан),СВЧ-дискриминатор сигналов с угловой модуляцией работает следующим зо образом.В режиме частотного дискриминатора сравниваемый сигнал с частотой Е через первый входной элемент 4 связи возбуждает в квазиоптическом резонаторе, настроенном на частотуэлектромагнитное поле с типом колебаний ТЕМ с вертикальной поляризацией вектора напряженности электрического поля. За счет поджа- тия прижимньх винтов 9 и деформации второго зеркала 3 в квазиоптическом резонаторе мода колебаний ТЕГ 1 о на частоте а расщепляется на дублет мод ТЕМи ТЕМсл с Резонансными час тотами Г, и Г, причем Р, = Можно, показать, что разность частот ьй = й- Г при деформации второго зеркала 3 согласно фиг. 3 определяется соотношением50М-ла 6 с ЭоРсУ 26- Эю(УаттсЬ)где С - скорость света,с - расстояние между первым2 и вторым 3 зеркалами- радиус кривизны второгозеркала 3 до деформации в Г 31 ос кости истивмирующих си;24 ф - величина изменения раскрывавторого зеркала 3 послсдеформации;и - радиус раскрыва второгозеркала 3.:Экспериментальное распрецеение рельефа поля мод ТЕГ 1 о и ТЕМпоказано на фиг. 3, где цифрамн у линий рельефа обозначен приведенный уровень амплитуды вектора напряженности электрического поля Е . Амплитудное распределение полей этих мод в пространстве по характеру одинаково, но по азимуту повернуты друг относительно друга на 90. Поляризация электрического поля Е мод дублета одинакова и опреде - ляется разложением первого входиого элемента 4 связи. При расположении первой 10 и второи 11 прямоугольных щелей в специально выбранных местах (точки 1 и 2 на Фиг. 3) и при определенной их ориентации обеспечивается селективная связь с полем каждой из мод ТЕМи ТЕМ,и, т,е. обеспечивается пространственная селекция полей этих мод.Благодаря расположению первой 10 и второй 11 прямоугольных щелей, обеспечивающему пространственную селекцию каждой из мод ТЕМ и ТЕМр через детекторные диоды 12 и 13 будут протекать токи, пропорциональные проекциям вектора напряженности электрического поля сравниваемого сигнала в области первой 10 и второй 11 прямоугольных щелей на направление, перпендикулярное плоскости ориентации соответствующей щели. При этом в зависимости от соотношения частот Г. и Г .эти токисоздадут соответствующие падения напряжения на выходе Фильтра15 нижнихчастот и благодаря встречному включению детекторных диодов,:Формируется дискриминационная характеристика частотного дискриминатора,В режиме Фазового дискриминатораквазиоптический резонатор одновременно возбуждается сравниваемым иопорным сигналами соответственно через первый и второй входные элементы 4 и 5 связи. Частота опорного сигнала полагается равной 1, С учетом азимутальной ориентации полей мод дублетов опорного сигнала (ТЕИО, и ТЕМ ) и сравниваемого сигнала (ТЕМ,и ТЕМ, ) детектор ный диод 12 оказывается под воздейст вием составляющих векторов электрических полей, пропорциональных иодам ТЕМ и ТЕМи перпендикулярй " ф . 1 О ных плоскости ориентации первой прямоугольной щели 10, а детекторный диод 13 оказывается под воздействием составляющих векторов электрических полей, пропорциональных модам ТЕМ и ТЕМ" ,и перпендикулярных плоскости ориентации второй прямоугольной щели 11.В общем случае при 1 Ф Е через первый и второй детекторные диоды 12 и 13 протекают токи биений с амплитудой, пропорциональной расстройке й Е = Г - Г, и с частотой, равной а 2 . Возникающее при этом постоянное напряжение на выходе фильтра 14 нижних частот будет про 25 порционально расстройке асс, а по полярности будет соответствовать зна. ку расстр ойки АЬ . В случае равенства частот Г = 2 амплитуды векторов напряженностей/ электрических полей мод ТЕМ и ТЕМ равны между собойС учетом равенства частоты опорного сигнала частоте настройки квазиоптического резонато ра Й и симметрии мод дублетов, амплитуды векторов. напряженностей электрических полей мод ТЕМ и ТЕМОтакже равны между собой. В этом случае вектор напряженности 40 результирующего электрического поля в области первой 10 и второй 11 прямоугольных щелей найдется как геометрическая сумма векторов напряженности соответствующих модФсравниваемого Е и опорного сигна 1109869 блов Е на комплексной плоскости сучетом их разности фаз.Необходимые построения для конкретных значений разности фазпредставлены векторными диаграммами на фиг. 5, на которых без потериобщности принято Е= Е а центры первой 10 и второй 11 прямоугольных щелей условно совмещены без изменения их ориентации в пространстве относительно поляризации возбуждающих квазноптический резонатор по"лей опорного и сравниваемого сигналов. Токи через детекторные диоды12 и 13 пропорциональны векторамЕ и Е - проекциям вектора напряженности результирующего поля Ена направления, перпендикулярныеплоскости ориентации первой 10 ивторой 11 прямоугольных щелей.С учетом последнего замечания извекторных диаграмм на фиг. 5 видно,что в предлагаемом устройстве действительно формируется дискриминационная характеристика, соответствующая фазовому дискриминатору.Предлагаемое устройство при егоработе в режиме фазового дискриминатора нечувствительно к изменениямуровня мощности сравниваемого иопорного сигналов, что подтверждается векторными диаграммами на фиг.бдля случая изменения амплитуды сравниваемого сигнала в два раза принеизменных остальных условиях,принятых при построении векторныхдиаграмм фиг. 5,Предложенный СВЧ-дискримннаторсигналов с угловой модуляциейпозволяет реализовать систему автоподстройки частоты в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонахдлин волн, обладающую одновременнодостоинствами систем частотнойавтоподстройки и фазовой автоподстройки. частоты.