Преобразователь частоты (его варианты)

 

1. Преобразователь-, частоты, содержащий входной и выходной узлы, вращающуюся дифракционную решетку, отличающийся тем, что, с 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 дополнительньй отрезок диэлектрического волновода, вращающаяся дифракционная решетка размещена на расстоянии не более Дц/2 от дополнительного отрезка диэлектрического волновода а период вращающейся дифракционной решетки равен Лц /2 , где АЗ длина волны в диэлектрическом волноводе, при этом вращающаяся дифракционная решетка выполнена в виде продольных канавок (Л прямоугольного сечения на боковой поверхности металлического цилиндра, ось которого перпендикулярна оси дополнительного отрезка диэлектрического волновода. Л г . ,г ОР ел ю со 4ik

.„Я0„„1136234 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) Н 01 P 1/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

Н АВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВ .К

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3496736/24-09 (22) 01. 10. 82 (46) 23. 01. 85. Бюл. Ф 3 (72) В. В. Крыжановский и В.П. Шестопалов (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиофизики и электроники AH Украинской ССР (53) 621.372(088.8) (56) Тамир Т. Интегральная оптика.

М., "Мир", 1978, с.173-179.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 228100,кл. Н 01 P 1/!8,1967 про тотип). (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ !ЕГО ,ВАРИАНТЫ3. (57) 1, Преобразователь частоты, содержащий входной и выходной узлы, вращающуюся дифракционную решетку, о т л и ч а ю щ и .й с я тем, что, с 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 волновода а период вращающейся дифракционной решетки равен

Л /2, где hв — 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.

1136234

2. Преобразователь частоты, содержащий входной и выходной узлы и первую вращающуюся дифракционную решетку, отличающийся 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)il> один от другого, а также введена вторая враШающаяся 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 Л (2 от соответствующих отрезков диэлектрического волновода, а их период Р определяется из следующего выражения:

В (3а

0 1

Изобретение 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. t0

Известен преобразователь частоты, содержащий параллелепипед и ультразвуковой излучатель на одной из его граней, который формирует в объеме диэлектрика движущуюся дифракцион- 15 . ную решетку в виде бегущей ультразвуковой волны (11

Недостатком известного преобразователя частоты является невозможность использования его в миллимет- 20 ровом диапазоне волн.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является преобразователь частоты, содержащий входной и выходной узлы и вращаю- 5 щуюся дифракционную решетку - 2

Недостатками известного устройства являются большая амплитудная модуля-, С

rpeU= —, 11 ь — длина волны в диэлектрическом волноводе;

V@ — фазовая скорость волны в диэлек трич ес ком волноводе;

С вЂ” 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 шийся тем, что направ.пение вращЕния второй вращающейся дифракционной решетки совпадает с направлением,врашения первой врашаюшейся дифракционной решетки.

2 ция 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 Л 8 /g от дополнительного отрезка диэлектрического волновода, а период вращающейся дифракционной решетки равен P>/g, 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 пер1136234 4 пендикулярна 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 (5-10) h один от дру- 10 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 3>/2 от соответствующих отрезков диэлектрического волновода, а их период 1 оп- 20 ределяется из следующего выражения:

hs hb

& (Р(i

С 25 где U =--— ц Э вЂ” длина волны в диэлектрическом волноводе;

0ф — фазовая скорость волны

30 в диэлектрическом волноводе;

С вЂ” скорость света в свободном пространстве, причем каждая из вращающихся дифракционных решеток выполнена в виде про35 дольных канавок прямоугольного сечения, на боковой поверхности металлического цилиндра, ось которого перпендикулярна оси соответствующего

40 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- 50 рой вращающейся дифракционной решеткой; на фиг. 4 — конструкция вращающейся дифракционной решетки в виде цилиндра с винтовой канавкой; на фиг. 5 — конструкция вращающейся диф- 55 ракционной решетки на диске..

Преобразователь 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 более

17 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 ) Л 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, при 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 осью

1136234 отрезка диэлектрического волновода должно быть на несколько длин волн меньше радиуса диэлектрического диска.

Преобразователь частоты по первому варианту работает следующим образом.

Вращающаяся дифракционная решет-, ка 3 с периодом, равным половине длины волны в диэлектрическом волно- 10 воде, расположенная на расстоянии не более Лв/2 волны от дополнительного отрезка 2 диэлектрического волновода, является отражателем для распростра-. няющейся по нему волны. Коэффициент 1S отражения теоретически равен 100X„ реально достижимая величина 80-90Х

Вращение вращающейся дифракционной решетки 3 приводит к допплеровскому сдвигу частоты отраженной вол- 20 ны на величину дЕ = /0,где ч - скорость движения элементов вращающейся дифракционной решетки 3 вдоль оси дополнительного отрезка 2, f — - период вращающейся дифракционной ре- 25 шетки 3. Входной и выходной узлы служат для разделения прямой волны, не сдвинутой по частоте, и обратной волны, сдвинутой по частоте. Часть энергии прямой волны переходит в основное плеча направленного ответвителя 1, часть энергии обратной волны переходит в обратное плечо направленного ответвителя 1.

Амплитудная модуляция выходного сигнала может быть подавлена до желаемой величины за счет повышения направленности направленного ответвителя 1.

Общий КПД преобразователя часто- 4G ты може т дос тига ть 99Х при переходном ослаблении 0,458 дБ, При этом 907 мощности источника ответвляется в основное плечо направленного ответвителя 1, 97 мощности ответвляется 45 в обратное плечо направленного ответвителя 1, 1Ж мощности отражается к источнику.

Направленный отцетвитель 1 на основе двух связанных идентичных ди- . So электрических волноводов наиболее приемлем в реальной конструкции, так как обладает исключительно высокой направленностью и легко регулируемым переходным ослаблением. 55

Преобразователь 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, равный

ДХ = —, где Ч вЂ” скорость движе3 ния элементов вращающейся дифракционной решетки 6, E — 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. Ðàñстояние 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 вращающимися дифракционными 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 77 113623 б

Период вращающейся дифракционнои решетки 6 или 7 находится в заданных пределах для излучения в свободное пространство только одной пространственнои гармоники. 5

Отсутствие непосредственной связи между параллельными отрезками 4 и 5 диэлектрического волновода и условие излучения только одной простпо 10

P 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, ч тобы волна, излученная вращающейся дифракционной решеткой 6 из входного от- 20 р езка диэлектрического волновода пад ала на систему отрезок 5 диэлектрического волновода — вращающаяся дифP акционная решетка 7-под оптимальным углом, соответствующим максимуму вв е- денной мощности в отрезок 5 диэлектрического волновода (угол излучения входного устройства равен углу приема выходного). равный и Е - U„J3, где U„— скорость

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 8 дифракционной решетке 6 излучается в пространство между отрезками 4 и 5 диэлектрического волновода. В результате вращения вращающейся дифракционной решетки 6 излученная волна получает допплеровский сдвиг по частодвижения 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 df>=UgI0, где 0@ — скорость движения элементов вращающейся дифракционной решетки 7, 1 — период вращающейся дифракционной решетки 7.

Суммарный сдвиг частоты на выходе преобразователя частоты составляет

v ++v

Предлагаемый преобразователь частоты обладает лучшими параметрами по сравнению с известными преобразователями в миллиметровом диапазоне длин волн: меньшей амплитудной модуляцией выходного сигнала и меньшими потерями.

1136234

Фиг5

Составитель В. Ежов

Тех е ехред М.Кузьма Корректор С.Шекмар

Редактор А. Шандор финл ППП "П

5t

ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Заказ 10295/40 Тираж 638 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5