° ° с (21) 3530846/18-09 (22) 03.01.83 (46) 23.08.84. Бюл. N 31 (72) Б.И.Макаренко, В.П.Бреславец, В.И.Яременко, А.А.Демидов,В.В.Шмидт и Е.И.Маслов (53) 621.376.6 (088.8) (56) 1. Альтман Д. Устройства СВЧ.

N., "Мир", 1968, с. 365, рис. 8,2,5.

2 ° Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 3527171/09, кл. Н 03 1) 9/04, 1982. (прототип). (54) (57) СВЧ вЂ” 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 через фильтры нижних частот с входами дифференциального усилителя, о тличающийся тем, что, с целью упрощения настройки и уменьшения габаритов при использовании в комбинированных системах автоподстрой ки частоты, второй входной элемент связи расположен 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 квазиоптичес,кого резонатора, проходящих параллельно сторонам прямоугольной щели первого входного элемента связи, с повепхностью 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 первого

1 и второго входных элементов связи соответственно, при этом второе зеркало выполнено с управляемым профилем.

1109869

Цель изобретения вЂ” упрощение настройки и уменьшение габаритов при использовании в комбинированных системах автонодстройки частоты.

Изобретение относится к радио-вЂ” технике и может быть использовано в измерительных устройствах и системах автоматической подстройки частоты СВЧ-диапазона радиоволн. 5

Известен СВЧ-дискриминатор сигналов с угловой модуляцией, содержащий объемный резонатор, входной элемент связи, два выходных элемента связи, ориентированных ортогонально 1р друг другу, при этом входной элемент связи расположен под углом

135. (или 450 ) по отношению к выходным элементам связи, к которым подключены детекторные диоды, соеди- 15 ненные через фильтры нижних частот с входами дифференциального усилителя (11.

Однако известное устройство имеет ограниченный диапазон рабочих частот рр и не позволяет реализовать в одном устройстве функции частотного и фазового дискриминаторов одновременно.

Известен также СВЧ-дискриминатор сигналов с угловой модуляцией, со- 25 держащий квазиоптический резонатор, образованный цилиндрическим корпусом, внутренняя поверхность которого покрыта слоем поглощающего материала, первым и вторым зеркалами, направленными своими вогнутыми поверхностями друг к другу и устанс)зленными 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, вьпюлненные в виде первой и второй прямоугольных ще- 4р лей во втором зеркале, с которыми с вязаны детектор ные диоды, соединенные через фильтры нижних частот с входами дифференциального усилитеЛЯ (i

Недостатками данного устройства при его использовании в комбинированных системах автоподстройки частоты являются сложность настройки и повышенные габариты, так как уст50 ройство выполняет функции только фазового дискриминатора и,, следовательно, должно быть дополнено отдельным частотным дискриминатором.

Цель достигается тем, что в СВЧдискриминаторе сигналов с угловой модуляцией, содержащем квазиоптический резонатор, образованный цилиндрическим корпусом, внутренняя поверхность которого покрыта слоем поглощающего материала, первым и вторым зеркалами, направленными с воими 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 связи1 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 450 к поперечным сечениям прямоугольных щелей первого и второго входных элементов связи соответственно, при этом второе зеркало выполнено с управляемым профилем.

На фиг. l представлена конструкция СВЧ-дискриминатора сигналов с угловой модуляцией, на фиг. 2 вЂ” его структурная схема, на фиг. 3 вЂ” управляемый профиль второго зеркала, на фиг. 4 вЂ” экспериментальное рас пределение поля на апертуре второго зеркала; на фиг. 5 и 6 вЂ” векторные диаграммы, поясняющие работу устройства в режиме фазового дискриминатора .

1 109869

СВЧ-дьи кримииат(>р сигиа»ов с угловой модуляцией содержит кваэиоптический резоиатор, образованный цилиндрическим корпусом 1, первым и вторым зеркалами 2 и 3, первый и

5 второй 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 фикlO сироваться стопорнымн винтами 7.

Внутренняя поверхность цилиндрического корпуса 1 покрыта слоем поглошающего материала 8, например углеродистой резины. Профиль второго зер кала 3 может изменяться с помощью прижимных винтов 9. На втором зеркале 3 расположены выходные элементы связи, выполненные в виде первой 10 и второй 11 прямоугольных щелей.

Детекторные диоды 12 и 13 (фиг.2) связаны с первой 10 и второй 11 прямоугольными щелями и через фильтры 25

14 и 15 нижних частот подключены к входам дифференциального усилителя (не показан).

СВЧ-дискриминатор сигналов с угловой модуляцией работает следующим що образом.

В режиме частотного дискриминатора сравниваемый сигнал с частотой

f через первый входной элемент 4 связи возбуждает в квазиоптическом резонаторе, настроенном на частоту

f, электромагнитное поле с типом колебаний TEM(;g с. вертикальной поляризацией вектора напряженности электрического поля. За счет поджа- тия прижимных винтов 9 и деформации второго зеркала 3 в квазиоптическом резонаторе мода колебаний ТЕИо(на частоте f4, расщепляется на дублет мод

ТЕМо и ТЕМо(с резонансными час- 4S тотами f u f, причем Р

Иожно,показать, что разность частот

af = f„- f при деформации второго зеркала 3 согласно фиг. 3 определяется соотношением

S0 где С - скорость света, с вЂ” расстояние между первым

2 и вторым 3 зеркалами„ вЂ” радиус кривизны второго зеркала 3 до деформации в пяоскости и1.", ((1 и ия !! i )((лъвЂ” мирующих сил

- величина изменения раскрыва второго зеркала 3 послс деформации; а вЂ” радиус раскрыва второго зеркала 3.:

Экспериментальное распреце((ение рельефа поля мод ТЕГ1д„ и ТЕИ „ показано на фиг. 3, где цифрами 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 опредевЂ” ляется разложением первого входиого элемента 4 связи. При расположении первой 10 и второй 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 ТЕМ (( и ТЕМ(,(, т.е. обеспечивается пространственная селекция полей этих мод.

Благодаря расположению первой

10 и второй 11 прямоугольных щелей, обеспечивающему пространственную селекцию каждой из мод TEM < и ТЕМр,, через детекторные диоды 12 и 13 будут протекать токи, пропорциональные проекциям вектора напряженности электрического поля сравниваемого сигнала в области первой

i0 и второй 11 прямоугольных щелей на направление, перпендикулярное плоскости ориентации соответствующей щели.

При этом в зависимости от соотношения частот f. и f((.эти токи создадут соответствующие падения напряжения на выходе фильтра

15 нижних частот и благодаря встречному включению детекторных диодов, формируется дискриминационная характеристика частотного дискриминатора.

В режиме фазового дискриминатора квазиоптический резонатор одновременно возбуждается сравниваемым и опорным сигналами соответственно через первый и второй входные элементы 4 и 5 связи. Частота опорного сигнала полагается равной

С учетом азимутальной ориентации полей мод дублетов опорного сигнала (ТЕМО, „и ТЕМ „ ) и сравниваемого сигнала (ТЕМ, „и ТЕМ, ) детектор- 5 ный диод 12 оказывается под воздейст. вием составляющих векторов электрических полей, пропорциональных иодам TEM и ТЕМ„„и перпендикулярФс

1О 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 f

В случае равенства частот f = f амплитуды векторов напряженностей / электрических полей мод ТЕМ и ТЕМ равны между собой. -С учетом равенства частоты опорного сигнала частоте настройки квазиоптического резонато- 35 ра f© и симметрии мод дублетов, амплитуды векторов. напряженностей

1 электрических полей мод ТЕМ ® и

ТЕМо,в также 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 мод

Ф сравниваемого Е и опорного сигна1109869 б лов Е на комплексной плоскости с учетом их разности фаз.

Необходимые построения для конкретных значений разности фаз представлены векторными диаграммами на фиг. 5, на которых без потери общности принято tЕ = lE (, а центры первой 10 и второй 11 прямоугольных щелей условно совмещены без изменения их ориентации в пространстве относительно поляризации возбуждающих квазноптический резонатор полей опорного и сравниваемого сигналов. Токи через детекторные диоды

12 и 13 пропорциональны векторам

Е„ и Е„ вЂ” проекциям вектора напряженности результирующего поля Е на направления, перпендикулярные плоскости ориентации первой 10 и второй 11 прямоугольных щелей.

С учетом последнего замечания из векторных диаграмм на фиг. 5 видно, что в предлагаемом устройстве действительно формируется дискриминационная характеристика, соответствующая фазовому дискриминатору.

Предлагаемое устройство при его работе в режиме фазового дискриминатора нечувствительно к изменениям уровня мощности сравниваемого и опорного сигналов, что подтверждается векторными диаграммами на фиг.6 для случая изменения амплитуды срав. ниваемого сигнала в два раза при неизменных остальных условиях, принятых при построении векторных диаграмм фиг. 5.

Предложенный СВЧ-дискриминатор сигналов с угловой модуляцией позволяет реализовать систему автоподстройки частоты в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн, обладающую одновременно достоинствами систем частотной автоподстройки и фазовой автоподстройки. частоты.

1109869

Фи. .!

Ф усилителю ФФПЧ ск8иа5ае сигнии

Мl09869

Фиг.ЕЕ

Е=дО

Е= ne

Ес

Е;-Е

ЕаО

E<= 0 у= tto

Е= О, q--o