Твердотельный приемный модуль

 

Использование: в радионавигационных системах, приемных устройствах РЛС, устройствах приема и обработки сигналов в спутниковых системах связи. Сущность изобретения: устройство содержит отрезки волноводов с полуволновыми ортогональными щелями на широких стенках. Торцы этих волноводов соединены с сумматором сигнала, который выполнен в виде радиального резонатора. Отрезки волноводов изогнуты и размещены на одной стороне оксидированной алюминиевой пластины, на другой стороне которой расположены полевые транзисторы. 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, области техники СВЧ и может быть использовано в радионавигационных системах, приемных устройствах РЛС, устройствах приема и обработки сигналов в спутниковых системах связи.

Известно СВЧ-устройство, представляющее собой совокупность вертикальных рядов полуволновых щелей, расположенных друг от друга по горизонтали с постоянным шагом, равным четверти длины волны.

Однако эксплуатация такого устройства возможна только в стационарных условиях и обладает значительной шумовой температурой.

Известно также устройство, в котором на несущей поверхности экрана выполнен ряд полуволновых щелей, расположенных под углом к продольной оси, и для создания условий возбуждения щелей с ее другой стороны расположена П-образная волновая структура.

Однако такое конструктивное решение не позволяет использовать полевые транзисторы, вследствие чего устройство имеет большой коэффициент шума.

Наиболее близким по техническому решению является устройство, которое содержит СВЧ-транзисторы, установленные в отрезках волноводов и соединенные между собой одним из своих концов в радиальном резонаторе. Однако, применение данного устройства для приема СВЧ-сигналов затруднительно из-за малой эффективной поверхности, образуемой торцами отрезков волноводов, что приводит к весьма малым коэффициентам использования поверхности (КИП).

Сущность изобретения состоит в том, что для увеличения коэффициента использования поверхности и снижения коэффициента шума отрезки волноводов изогнутой формы в виде спирали выполнены на верхней стороне оксидированной пластины, а на верхней широкой стенке отрезков волноводов расположены ортогональные щели, и сложные входные сигналы от которых усиливаются и преобразуются с помощью твердотельных приборов.

Изобретательский уровень заключается в следующем: выполнение на верхней стороне оксидированной пластины отрезков волноводов изогнутой формы в виде спирали; выполнение на верхней широкой стенке отрезков волноводов полуволновых ортогональных щелей, размещение твердотельных элементов, цепей согласования и питания на нижней стороне оксидированной алюминиевой пластины, подсоединение выводов истока и эмиттера стока, затвора, коллектора, базы соответственно к первому и второму слоям металлизации, выполненным на нижней стороне оксидированной алюминиевой пластины.

На фиг. 1 показана верхняя сторона оксидированной алюминиевой пластины, на фиг. 2 ее нижняя сторона с твердотельными приборами.

Устройство содержит алюминиевую оксидированную пластину 1, отрезки волноводов в виде спирали 2, ортогональные щели 3, радиальный резонатор 4, щелевые элементы с длиной, кратной λ/2 (λ длина волны) 5, радиальную щелевую линию 6, отрезки четвертьволновых компланарных линий 7, полуволновые разомкнутые шлефы 8, полевые транзисторы 9, контактные площадки питания стока, затвора, коллектора и базы 10, контактные площадки питания из тока и эмиттера 11, смесительный диод 12, фильтр гетеродина 13, выход в промежуточной частоты "ПЧ" 14, развязывающую емкость 15, биполярные транзисторы 16, фильтр 17, 18 нагрузка гетеродина, 19 транзистор гетеродина, 20 кольцевые резонаторы, 21 нагрузочный резистор в цепи затвора гетеродина, 22 контактные площадки ПЧ, 23 разрывы по питанию, 24 накладочные емкости.

Рассмотрим основные функции, выполняемые каждым из элементов устройства.

Совокупность ортогональных щелей 3, выполненных в верхней широкой стенке отрезков волноводов 2 изогнутой формы в виде спирали, образуют антенную систему с высоким КИП. Сложение сигналов осуществляется в радиальном резонаторе 4. Связь с рациональной щелевой линией 6 осуществляется за счет щелевых элементов 5. На нижней стороне оксидированной пластины 1 размещается также и твердотельная усилительно-преобразовательная система, включающая в себя три каскада входного усиления сигнала, выполненных на полевых транзисторах 9, соединенных между собой четвертьволновыми трансформирующими отрезками, представляющими отрезки компланарных линий. С помощью шлейфов 8 происходит настройка каскадов. Преобразование входной частоты сигнала происходит в смесительном диоде 12, к одному из выводов которого подводится сигнал гетеродина на транзисторе 19 и застабилизированный по частоте за счет кольцевых резонаторов 20. Вывод затвора транзистора 19 заканчивается отрезком линии, нагруженным на резистор 21. Фильтр 17 развязывает входные каскады усиления на транзисторах 9 от частоты гетеродина.

Сигнал промежуточной частоты после фильтра 13 через емкость 15 поступает на базу биполярного транзисторного 16, который предварительно усиливает сигнал ПЧ. Аналогичным образом выполнены последующие каскады ПЧ. На контактных площадках 22 происходят соединение выводов транзисторов 16 с резистивно-екостными элементами цепей питания (на фиг. 2 не приведены).

Для снижения шумов при усилении сигнала выводы истоков и эмиттеров транзисторов подсоединяются к нижней металлизированной пластине, контактной площадки 11 которой приведены на фиг. 2. Выводы стоков и заторов подсоединены к соответствующим трансформирующим цепям 7 и короткими отрезками проволоки разварены на контактных площадках 10, образованных вторым слоем металлизации, размещенным после оксидирования первого слоя металлизации. Контактные площадки 10 имеют разрывы по питанию 23 для подключения соответствующих напряжений смещения. К выходу ПЧ 14 подключается СВЧ-разъем (на фиг. 2 не приведен).

Следует заметить, что предложенное устройство позволяет в случае необходимости наращивать коэффициент усиления пассивной части за счет сложения сигналов в соответствующей радиальной щелевой линии отдельных пассивных модулей. При таком построении после достижения необходимого коэффициента усиления пассивной части сигнал усиливается в активном устройстве, аналогичном описанному.

Устройство работает следующим образом. Совокупность щелей 3, расположенных на верхней широкой стенки отрезков волноводов 2, образует систему для приема СВЧ-сигнала. После сложения сигналов от каждого отрезка волноводов в радиальном резонаторе 4 через щелевые элементы 5 суммарный СВЧ-сигнал, проходя по радиальной щелевой линии 6, по трансформирующим отрезкам линии 7 поступают к затвору полевого транзистора 9. (015 НПО "Сатурн"). После усиления последующих каскадов СВЧ сигнал поступает на диодный смеситель 12 (ЗА 112), на второй вывод которого поступает сигнал гетеродина, выполненный на транзисторе 19 (ЗП 326 кристалл). Сигнал ВЧ усиливается 4-каскадном усилителе ПЧ на биполярных транзисторах 16 (2Т3129АФ2).

В Минском радиотехническом институте изготовлен опытный экземпляр устройства. Пластина из алюминия 1 с помощью электролитического оксидирования с двух сторон покрывалась слоем окиси 20 мкм. На верхней стороне пластины 1 лучом лазера в слое окиси были выполнены дорожки, которые затем при металлизации верхней стороны заполнялись металлом, образуя структуру топологии, показанную на фиг. 1. Щелевые элементы 5 выполнялись в подложке 1 за счет оксидирования. Топология на обратной стороне подложки 1 (фиг. 2) формировалась в несколько этапов. Первый слой металлизации, к которому подсоединялись выводы истока и эмиттера транзисторов, оксидировался до толщины окиси 50 мкм, который затем металлизировался. Накладочные емкости 24, развязывающие выводы транзисторов, формируются вместе со вторым слоем металлизации.

Экспериментальные исследования проводились с помощью установки, содержащей широкополосный измерительный рупор, подключенный к генератору ГЧ - III, и предлагаемого устройства отстоящего от передающей антенны на расстоянии большим, чем 10 l(λ длина волны.

Проведенные измерения показали, что предлагаемое устройство имеет КИП, значительно превышающий аналогичный параметр у прототипа, а по коэффициенту шума ниже, чем у прототипа.

Формула изобретения

Твердотельный приемный модуль, содержащий отрезки волноводов, на одной широкой стенке каждого из которых расположены ортогональные полуволновые щели, а один из торцов соединен с сумматором сигнала, транзисторы, цепи настройки и питания, отличающийся тем, что сумматор выполнен в виде радиального резонатора, отрезки волноводов выполнены изогнутой формы и размещены другой широкой стенкой на верхней стороне оксидированной алюминиевой пластины, а связь радиального резонатора с щелевой линией, размещенной на нижней стороне оксидированной алюминиевой пластины, осуществлена посредством щелевых элементов, выполненных в оксидированной алюминиевой пластине, при этом соединение между выводами затвора и стока транзисторов, расположенных на нижней стороне оксидированной алюминиевой пластины, осуществлено с помощью отрезков четвертьволновых компланарных линий с полуволновыми разомкнутыми шлейфами, а выводы истока транзисторов соединены соответственно с контактными площадками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2