Свч-умножитель частоты
Использование: в источниках СВЧ-мощности миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн. Сущность изобретения: умножитель содержит отрезок прямоугольного волновода с поперечным сечением, соответствующим диапазону частот выходного сигнала, в котором вдоль продольной оси установлена диэлектрическая пластина, на которой расположены первый и второй, соединенные между собой, и третий плоские проводники. Полупроводниковый умножительный диод включен между вторым и третьим плоскими проводниками. Первый и второй плоские проводники расположены ортогонально широкой стенке волновода, а третий соединен с ней своей боковой кромкой. Приведены соотношения для выбора размеров плоских проводников и отрезка прямоугольного волновода. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК ЫÄÄ 1775841 А1
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:. .;,с,1, 1 мзВЮгЛ Ю
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4929545/09 (22) 19.04.91 (46) 15.11.92. Бюл. N 42 (71) Институт технической механики AH
УССР (72) И.И,Соколовский, В.И.Перфильев, В.Н.Привалов и В.И.Самойлов (56) Патент Японии М 57 — 41124, кл. Н 01 P 5/107, опублик, 1982. (54) СВЧ вЂ” УрлНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ (57) Использование: в источниках СВЧ-мощности миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн. Сущность изобретения: умножитель содержит отрезок
Изобретение относится к радиотехнике сверхвысоких частот и может быть использовано при создании источников СВЧ-мощности миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн.
Известны 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 констпрямоугольного волновода с поперечным сечением, соответствующим диапазону частот Выходного сигнала, В котором Вдаль продольной оси установлена диэлектрическая пластина, на которой расположены первый и второй, соединенные между собой, и третий плоские проводники. Полупроводниковый умножительный диод включен между вторым и третьим плоскими проводниками.
Первый и второй плоские проводники расположены ортогонально широкой стенке волновода, а третий соединен с ней своей боковой кромкой. Приведены соотношения для выбора размеров плоских проводников и отрезка прямоугольного волновода. 2 ил.
I руктивного характера как при изготовлении умножителя, так и при компоновке его в аппаратуру. Кроме того, во входной и выходазу ной линиях передачи согласующие элементы, фильтры в коаксиальной линии связи ограничивают частотные возможности таких умножителей, а удовлетворительные (Jl технические характеристики реализуются QQ лишь на частотах, не превышающих 44 ГГц. ф„
Частична свободным от указанных недостатков умножители, содержащие два прямоугольных волновода, расположенные вдоль одной осевой линии и связанные между собой посредством отрезка микрополосковой линии, и полупроводниковый умножительный элемент, подключенный через спиральную контактную пружину и фильтр нижних частот к источнику смещения. Настройка таких умножителей на требуемые значения рабочих частот осуществляется подвижными короткозамы177584 1 ка«о«цими волноводными поршнями и спи ральной пружи««ой, подключенной к одному из электродов полупроводникового умножительнога элемента. Однако низкая воспроизвадимость параметров, сложность в изготовлении и настройке, низкий уровень технологичности, уход параметров при MG ханических нагрузках (вибрациях} не позвоf1 5«10 I c L«è T é T ü T G K «««.". к о и с т р у к ц и и умножителей частоты приемле«1ыми для пр;. изводства, особенно в коротковолновой части миллиметрового и в субмиллиметравом диапазонах, где неточности в изгоговлении элементов тракта играют решающу«о роль, Наиболее близким к предлагаемому является сверхвысокочастатный ум««о>« .«1тель 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 располо>кены гальванически связанные между собой первый, второй и третий отрезки полосковых линий. Полуправод««иковь«««умножительный 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 ортагональный первым двум. Постоянное напряжение на полупроводниковый умножительный диод подается через центральный г«роводник входной коаксиапьной линии, один из отрезков полосковой линии и zoíêèé проводник с большой индуктивностью, обеспечива«ощий развязку па сверхвысокочастотному сигналу, Указанное размещение отрезка 3 попоcK0BbIx линий с диодом HB 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 падается 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 понижа5
40 ет наде>кность умножителя; 3) коэффициент полезного действия (коэффициент передачи) мал вследствие неполного включения умножительной цепочки, Целью изобретения является повышение коэффициента полезнога 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 волновада, 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 ««ижней его стенке, а полупроводниковый умио>кительный элемент — между вторым и третьим отрезками полосковой линии, причем размеры отрезков полосковой линии и волновода определяются из соотношений: Н1/В =
=0,62...0,72; Hz/В = 0,38...0,48; A1/В=-=-0,86„,0,91; А2/В=- 0,98...1,12, где Н1, h2 и А1 — длины первого, второго и третьего отрезков полосковой линии, соответственно, A2— расстояние от торца волновода да первого отрезка линии.  — 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 вопнавада), 2 — диэлектрическая пластина, 3,4,5 — отрезки полосковой линии, 6 — полупроводниковый умножительный элемент (преимущественно диод с барьером Шоттки).
Сверхвысакочастотный умно>китель частоты работает следующим образом. Подлежащий умножению входной СВЧ сигнал возбу>кдает 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 концентрация
5 электрического 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 реактанс умножительнаго элемента, параметры катарага планируются так, чтобы получить максимальную мощность на 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 па««ос««азапира«ощий фильтр на частоте рабочей гармоники, и образовавшаяся ат нега волна является синфазнай с волной, распрастраня«ащейся B направлении нагрузки, Складываясь с последней, ана поступает в полезную нагрузку, Тем самым достигается максимальна возможное изBllB «ение из диода мощности на ззданной гармонике вход««аго с«лгнала, Васпальэававш«лсь численным:I з«аченлями для импеданса отрезка валнавада на
-«ястатах ниже критической, I ñõoä«I из геометрических ега размеров (папере «нога сечения и длины) и частоты входногo сигнала (««апр. Дж. Саусварт. Принципы. Примене««ия валиаваднай передачи. — Сав. радио, М, 1955, 699 с,), экспериментально полученных численных значений параметров полупроводникового умнажительнага алеман, а, можно г алучить численные значения для геометрических размеров отрезков полосковых ли««ий, I;orlop«.-«e могут послужить
ocIIoI 0LI для ка««стру««рован«ля умнажитель««ай вставки и умна>кителя в целом, Так, в диапазоне частот входных сигналов 72...79
Г Гц с использава««ием диодов с барьером
Шаттки и прямоугольного валнавада с номлнальиым сечением 1,6хО 8 мм, расчетные характеристики хорошо согласуются с экспериментальна полученными, а именно: максималы«ый коэффициент преобразования (Ы5...27%) удваителя частоты достигается при следующих размерах отрезков полосковой линии и отрезка валнавада:
Н «/В = 0,62...0,72, 112/Б = 0,38...0,48, А1/В ==0,86...0,91, Az/Б == 0,98...1,12, где Н1 — длина отрезка 4, Hz — дл,«I«a отрезка 3, А1— длина отрезка 5 полосковой линии, А2 — расстояние ат торца валнавада да отрезка 3, при этом ширина отрезков полосковых линий, плоскости которых параллельны узким стенкам валиовада, порядка ", где
2 t о
4 ь«х — длина волны на средней частоте выходного сигнала, а проводник 5 на одну треть размещен в нижней широкой стенке волновада.
Технико-экономическая эффективность заявленного сверхвысокочастотного умножителя частоты определяется технологичностью изготовления, заключающейся прежде всего в максимальном использованил 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
СБЧ-умножитель частоты, содержащий отрезок прямоугольного волнавада с поперечным сечением, соответству«ощим диапазону частот выходного сигнала, в,котором установлена диэлектрическая пластина с размещенными на ее поверх««асти первым и вторым соединенными между собой, и третьим плоскими проводниками и полупроводниковый умиожительный элемент, а т л и ч а ю шийся 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 валиовода, первый и второй отрезки плоских проводниковв расположены ортогонально шираклм стенкам отрезка прямоугольного валнавода соответственно со стороны входа 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 вь«брань«из соотнашенил
Н >/В = 0,62 — 0,72;
Hz/ = 0,38 — 0,48;
Нз/В = 0 86 — 0,91;
А2/В =- 0,98 — 1,12, где Hj, H2, H3 — длины соответственна первого, второго и третьего плоских проводников;
А2 — расстояние от входного конца отрезка прямоугольного волновода до первого плоского проводника;
 — высота отрезка прямоугольного волновада.
1775841 вх
Составитель И.Соколовский
Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова
Редактор
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 4040 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
