Преобразователь частоты (его варианты)

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4(51) Н 01 Р 1/18 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.П. Шесто ена Т ституУкр .372( удового Красного 3 радиофизики и зл инской ССР 88.8)Интег тни рони) 1. Пре атель частоты,и выходной узлы,ионную решетку,с я тем, что, с содержащиивращающуюсяотлич а одно ифра ю щ и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ 1 ТИЙ ки АН621Тамир Т.Мир", 1 9Авторск8100,кл. Н).ПРЕОБРАЗОИАНТЫ 3,.ЯО 1136234 А целью уменьшения амплитуды модуляции выходного сигнала и уменьшения потерь, входной и выходной узлы выполнены в виде направленного ответвителя на диэлектрических волноводах, к выходу основного плеча которого подсоединен дополнительный отрезок диэлектрического волновода, вращающаяся дифракционная решетка размещена на расстоянии не более/2 от дополнительного отрезка диэлектрического волноводд а период вращающейся дифракционной решетки равен Л /2, где Р,6 - длина волны в диэлектрическом волноводе, при этом вращающаяся дифракционная решеткаФ выполнена в виде продольных канавок прямоугольного сечения на боковой поверхности металлического цилиндраось которого перпендикулярна осидополнительного отрезка диэлектрического волновода.136234 2. Преобразователь частоты, содержащий входной и выходной узлы и первую вращающуюся дифракционную решетку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения амплитуд; ной модуляции выходного сигнала и уменьшения потерь, входной и выходной узлы выполнены в виде двух параллельных отрезков диэлектрического волновода, расположенных на расстоянии (5-10)3 один от другого, а также введена вторая враЩающаяся дифракционная решетка, при этом первая и вторая вращающиеся дифракционные решетки установлены диаметрально противоположно по обе стороны от двух параллельных отрезков диэлектрического волновода на расстояниях не более 3 12 от соответствующих отрезков диэлектрического волновода, а их периодопределяется из следующего выражения:в (Оф 1 1Изобретение относится к технике миллиметрового диапазона, а именно к преобразователям частоты на основе эффекта Допплера, и может найти.применение для формирования опорного, сдвинутого по частоте сигнала при . фазовых измерениях на миллиметровых волнах, а также для калибровки приемников допплеровских радиолокационных станций. 10Известен преобразователь частоты, содержащий параллелепипед и ультразвуковой излучатель на одной из его граней, который формирует в объеме диэлектрика движущуюся дифракцион . ную решетку в виде бегущей ультразвуковой волны 11Недостатком известного преобразователя частоты является невозможность использования его в миллимет ровом диапазоне волн.Наиболее близким техническим решением к изобретению является преобразователь частоты, содержащий входной и выходной узлы и вращаю щуюся дифракционную решетку 2Недостатками известного устройства являются большая амплитудная модуля- ,Сгде Б = - ;11 /- длина волны в диэлектрическом волноводе;Чф - фазовая скорость волныв диэлектрическом волноводе;С - скорость света в свободном пространстве, причем каждая из вращающихся дифракционных решеток выполнена в виде продольных канавок прямоугольного сечения на боковой поверхности металлического цилиндра, ось которого перпендикулярна оси соответствующего отрезка диэлектрического волновода. 3. Преобразователь по п.1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что направ.пение вращЕния второй вращающейся дифракционной решетки совпадает с направлением,вращения первой врашающейся дифракционной решетки. 2ция выходного сигнала и большие потери. Цель изобретения - уменьшение амплитудной модуляции выходного сигнала и уменьшение потерь.Указанная цель достигается тем, что согласно первому варианту в преобразователе частоты, содержащем входной и выходной узлы и вращающуюся дифракционную решетку, входной и выходной узлы выполнены в виде направленного ответвителя на диэлектрических волноводах, к выходу основного плеча которого подсоединен дополнительный отрезок диэлектрического волновода, вращающаяся дифракционная решетка размещена на расстоянии не более 18 2 от дополнительного отрезка диэлектрического волновода, а период вращающейся дифракционной решетки равен 2, где 3 - длина волны в диэлектрическом волноводе, при этом вращающаяся дифракционная решетка выполнена в виде продольных канавок прямоугольного сечения на боковой поверхности металлического цилиндра, ось которого перпендикулярна оси дополнительного отрезка диэлектрического волновода.Согласно второму варианту в преобразователе частоты, содержащем входной и выходной узлы и первую вращающуюся дифракционную решетку, входной и выходной узлы выполнены в виде двух параллельных отрезков диэлектрического волновода, расположенных на расстоянии 15-10)один от дру О гого, а также введена вторая вращающаяся дифракционная решетка, при этом первая и вторая вращающиеся дифракционные решетки установлены диаметрально противоположно по обе стороны от двух параллельных отрезков диэлектрического волновода на расстоянлях не более 1(2 от соответствующих отрезков диэлектрического волновода, а их период 1 оп ределяется из следующего выражения;в йьЯ (С 25 где Б = -ц Ф- длина волны в диэлектрическом волноводе;Оф - фазовая скорость волны30в диэлектрическом волноводе;С - скорость света в свободном пространстве, причем каждая из вращающихся дифракционных решеток выполнена в виде про 35 дольных канавок прямоугольного сечения, на боковой поверхности металлического цилиндра, ось которого перпендикулярна оси соответствующего40 отрезка диэлектрического волновода.При этом направление вращения второй вращающейся дифракционной решетки совпадает с направлением вращения первой вращающейся дифракционной 45 решетки.На фиг, 1 приведена конструкция преобразователя частоты; на фиг. 2 то же, вариант; на фиг. 3 - конструкция преобразователя частоты с вто рой вращающейся дифракционной решеткой; на фиг. 4 - конструкция вращающейся дифракционной решетки в виде цилиндра с винтовой канавкой; на фиг. 5 - конструкция вращающейся диф ракционной решетки на дискеПреобразователь частоты по первому варианту (фиг. 1) содержит входной и выходной узлы, выполненные в виде направленного ответвителя 1 на диэлектрических волноводах, к выходу основного плеча которого подсоединен дополнительный отрезок 2 диэлектрического волновода, вращающуюся дифракционную решетку 3, расположенную на расстоянии не более2 от дополнительного отрезка 2 дкэлектрического волновода и выполненную в виде продольных канавок прямоугольного сечения на боковой поверхности металлического цилиндра.Преобразователь частоты по второму варианту фиг. 2) содержит входной и выходной узлы, выполненные в виде двух параллельных отрезков 4 и 5 диэлектрического волновода, расположенных на расстоянии (5-10) Ь один от другого, первую 6 и вторую 7 вращающиеся дифракционные решетки, выполненные в виде продольных канавок прямоугольного сечения на боковой поверхности металлического цилиндра, ось которого перпендикулярна оси соответствующего отрезка диэлектрического волновода, прит 1 ем направление вращения второй вращающейся дифракционной решетки 7 совпадает с направлением вращения первой вращающейся дифракционной решетки 6.Вращающиеся дифракционные решетки могут быть выполнены в нескольких вариантах. На фиг. 4 изображена вращающаяся дифракционная решетка 3 в виде металлического цилиндра с винтовой продольной канавкой прямо-, угольного сечения. Такую вращающуюся дифракционную решетку 3 необходимо устанавливать с возможностью вращения вокруг оси металлического ци- . линдра. Ось металлического цилиндра должна быть параллельна оси отрезка диэлектрического волновода, вблизи которого она расположена.На фиг. 5 изображена вращающаяся дифракционная решетка 3, выполненная в виде радиальных металлических полос на диэлектрическом диске. Такую вращающуюся дифракционную решетку 3 необходимо устанавливать с возможностью вращения вокруг оси диэлектрического диска. Ось соответствующего диэлектрического волновода должна быть параллельна плоскости диэлектрического диска, а расстояние между осью диэлектрического диска и осьюотрезка диэлектрического волноводадолжно быть на несколько длин волнменьше радиуса диэлектрического диска.Преобразователь частоты по первому варианту работает следующимобразом.Вращающаяся дифракционная решет-,ка 3 с периодом, равным половинедлины волны в диэлектрическом волноводе, расположенная на расстоянии неболее 182 волны от дополнительногоотрезка 2 диэлектрического волновода,является отражателем для распростра-.няющейся по нему волны. Коэффициент 15отражения теоретически равен 1007,реально достижимая величина 80-907Вращение вращающейся дифракционной решетки 3 приводит к допплеровскому сдвигу частоты отраженной волны на величину д =7 Я,где М -скорость движения элементов вращающейся дифракционной решетки 3 вдоль осидополнительного отрезка 2, 1 - период вращающейся дифракционной решетки 3. Входной и выходной узлыслужат для разделения прямой волны,не сдвинутой по частоте, и обратнойволны, сдвинутой по частоте. Частьэнергии прямой волны переходит в ЗОосновное плеча направленного ответвителя 1, часть энергии обратнойволны переходит в обратное плечо направленного ответвителя 1,Амплитудная модуляция выходногосигнала может быть подавлена до желаемой величины за счет повышениянаправленности направленного ответвителя 1.Общий КПД преобразователя часто Оты может достигать 992 при переходномослаблении 0,458 дБ, При этом 907мощности источника ответвляется восновное плечо направленного ответвителя 1, 97 мощности ответвляется 45в обратное плечо направленного ответвителя 1, 13 мощности отражаетсяк источнику.Направленный ответвитель 1 на основе двух связанных идентичных ди- . БОэлектрических волноводов наиболееприемлем в реальной конструкции,так как обладает исключительно высокой направленностью и легко регулиру-.емым переходным ослаблением. 55Преобразователь частоты по второ-,му варианту работает следующим образом. Поверхностная электромагнитная волна, распространяющаяся по отрезку 4 диэлектрического волновода,в результате дифракции на вращающейся дифракционной решетке 6 излучается в пространство между параллельными отрезками 4 и 5 диэлектрического волновода, В результате вращения вращающейся дифракционной решетки 6 излученная волна получает допплеровский сдвиг по частоте, равныйЧЬГ = - , где Ч - скорость движения элементов вращающейся дифракционной решетки б, 1 - период вращающейся дифракционной решетки б. Дифракция излученной волны на системе, состоящей от отрезка 5 диэлектрического волновода и вращающейся дифракционной решетки 7, приводит к возбуждению поверхностной электромагнитной волны в отрезке 5 диэлектрического волновода.Параллельные отрезки 4 и 5 диэлектрического волновода должны быть расположены на таком расстоянии один от другого, чтобы между ними отсутствовала непосредственная элект родинамическая связь,т,е,на расстоянии не менее нескольких длин волн. Расстояние между параллельными отрезками диэлектрического волновода должно быть небольшим, чтобы большая часть энергии, излученной вращающейся дифракционной решеткой б из отрезка 4 диэлектрического волновода, перехватывалась системой отрезок 5 диэлектрического волновода - вращающаяся дифракционная решетка 7. Этим требованиям удовлетворяет расстояние в 5-10 длин волн между волноводами и расположение вращающихся дифракционных решеток б и 7 напротив друг друга с внешней стороны параллель-. ных отрезков 4 и 5 диэлектрического волновода.Расстояние между вращающимисядифракционными решетками 6 и 7 и соответствующими параллельными отрезками 4 и 5 диэлектрического волновода должно быть не более половины длины волны для эффективного вывода энергии из отрезка 4 диэлектрического волновода и ввода.ее в отрезок 5 ди" электрического волновода посредством . вращающихся дифракционных решеток 6 и 7.30 7 113623ВчПериод вращающейся дифракционнои решетки 6 или 7 находится в заданных пределах для излучения в свободное пространство только одной пространственнои гармоники.ч5Отсутствие непосредственной связи между параллельными отрезками 4 и 5 диэлектрического волновода и условие излучения только одной прост 1 О Р анственной гармоники, сдвинутой по частоте, позволяет полностью подавить амплитудную модуляцию выходного сигнала.Условия идентичности отрезков 4 и 5 диэлектрического волновода - их 15 параллельности и равенства периодов вращающихся дифракционных решеток 6 и 7 - необходимы для того, чтобы волна, излученная вращающейся дифракционной решеткой 6 из входного от р езка диэлектрического волновода пад ала на систему отрезок 5 диэлектрического волновода - вращающаяся диф- Р акционная решетка 7-под оптимальным углом, соответствующим максимуму вв е. денной мощности в отрезок 5 диэлектрического волноводаугол излучения входного устройства равен углу приема выходного). Преобразователь частоты по второму варианту технического решения фиг. 2) работает следующим образом.Поверхностная электромагнитная волна, распространяющаяся по отрез, ку 4 диэлектрического волновода, в результате дифракции на вращающейся 4 8дифракционной решетке 6 излучаетсяв пространство между отрезками 4 и 5диэлектрического волновода. В результате вращения вращающейся дифракционной решетки 6 излученная волна получает допплеровский сдвиг по частоте, равный 6,.=0(, где У - скорость движения элементов вращающейся дифракционной решетки 6, 1 - период вращающейся дифракционной решетки 6. Дифракция излученной волны на системе, состоящей из отрезка 5 диэлектрического волновода и вращающейся дифракционной решетки 7, приводит к возбуждению поверхностной электромагнитной волны в отрезке 5 диэлектрического волновода.В результате вра-щения вращающейся дифракционной решетки 7 волна, возбужденная вотрезке 5 диэлектрического волновода, получает допплеровский сдвиг по частоте, равный Ы 2=0(0 , где 0 - скорость движения элементов вращающейся дифракционной решетки 7, 1 - период вращающейся дифракционной решетки 7. Суммарный сдвиг частоты на выходе преобразователя частоты составляет+ (И =311+ ЬХПредлагаемый преобразователь частоты обладает лучшими параметрами по сравнению с известными преобразователями в миллиметровом диапазоне длин волн: меньшей амплитудной модуляцией выходного сигнала и меньшими потерями.1136234 Составитель В. ЕжовТех еехред М.Кузьма Корректор С,Шекмар Редактор А. Заказ 10295/4 ПППИППП Патент , г. Ужгород, ул, Проектная, 4 0 Тираж 638 ВНИИПИ Государственно по делам изобретений 113035, Москва, Ж,Подписноекомитета СССРоткрытийаушская наб., д.4/5