Балансный фазовый детектор свч

Авторы патента:

МАКАРЕНКО БОРИС ИВАНОВИЧ

БРЕСЛАВЕЦ ВАЛЕРИЙ ПАВЛОВИЧ

ЯРЕМЕНКО ВЛАДИМИР ИЛЬИЧ

КУБАТА ВИТАЛИЙ ГЕОРГИЕВИЧ

ШМИДТ ВИКТОР ВЛАДИМИРОВИЧ

МАСЛОВ ЕВГЕНИЙ ИВАНОВИЧ

H03D9/04 - для частотных или фазовых модулированных колебаний

БАЛАНСНЫЙ ФАЗОВЬЙ ДЕТЕКТОР СВЧ, 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, вьтолненный в виде прямоугольной щели в центре первого зеркала, второй входной элемент связи, выходные элементы связи, вьтолненные в виде первой и второй щелей, с которыми связаны детекторные диоды, соединенные через фильтры нижних частот с входами диф-ференциальног .о,усилителя, о т л и чающийся тем, что, с целью уменьшения чувствительности к изменениям уровня мощности входных сигналов при одновременном упрощении конструкции , в него дополнительно введена диафрагма , вьшолненная из полупрозрачного для электромагнитных волн материала и размещенная внутри цилиндрического корпуса в средней части квазиоптического резонатора под углом 45° к образующей цилиндрического корпуса , причем оси диафрагмы расположены на пересечениях взаимно ортогональных .плоскостей симметрии квазиг оптического резонатора, проходящих параллельно сторонам прямоугольной щели первого входного элемента связи, с плоскостью диафрагмы, второй входной элемент связи расположен в центре второго зеркала и вьтолнен в виде 9 прямоугольной щели, поперечное сечение которойперпендикулярно поперечному сечению прямоугольной щели первого входного элемента связи, а первая и вторая щели размещены в цилиндрическом корпусе, при этом центры их поперечного сечения распсрложены на диаметрально противоположных образующих цилиндрического корпуса в точках, соответствующих проекциям центра диСО афрагмы на цилиндрический корпус в Юо плоскости симметрии квазиоптического ч1 резонатора, проходящей через большую ось диафрагмы, а оси поперечных сечений первой и второй щелей ориентированы ортогонально одна другой и под углами 45и 135° соответственно к плоскости симметрии квазиоптического резонатора, проходящей через большую ось диафрагмы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (1И

ВСЮ Н 03 D 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О 3НРЫТЮ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3536120/18-09 (22) 03 ..01. 83 (46) 23.08.84. Бюл. У 31 (72) Б.И.Макаренко, В.П.Бреславец, . В.И.Яременко, В.Г.Кубата, В.В.Шмидт и E.È.Èàñëîâ (53) 621.376.4(088.8) (56) 1. Альтман Дж. Устройства СВЧ.

И., "Иир", 1968, с. 361, рис.8.2.1.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке В 3527171/09,кл. Н 03 D 9/04, 21. 12. 82 ° (прототип) . (54) (57) БАЛАНСНЫЙ ФАЗОВЬИ ДЕТЕКТОР

СВЧ, содержащий квазиоптический резонатор, образованный цилиндрическим корпусом, внутренняя поверхность ко- торого покрыта слоем поглощающего ма.териала, первым и вторым зеркалами, направленными своими вогнутыми поверхностями друг .к другу и установленными перпендикулярно образующей цилин-. дрического 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 щелей, с которыми связаны де- текторные диоды, соединенные через фильтры нижних частот с входами .дифференциального,усилителя, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения чувствительности к изменениям уровня мощности входных сигналов при одновременном упрощении конструкции, в него дополнительно. введена диафрагма, выполненная из полупрозрачного для электромагнитных волн материала и размещенная внутри цилиндрического корпуса в средней части квазиоптического резонатора под углом

45 к образующей цилиндрического корпуса, причем оси диафрагмы расположены на пересечениях взаимйо ортогональных .плоскостей симметрии квази-, оптического резонатора, проходящих параллельно сторонам прямоугольной щели первого входного элемента связи, с плоскостью диафрагмы, второй входной элемент связи расположен в цент" ре второго зеркала и. выполнен в виде g прямоугольной щели, поперечное сечение которой перпендикулярно поперечному сечению прямоугольной щели пер- уев вого входного элемента связи, а первая и вторая щели размещены в цилинд- д рическом корпусе, при этом центры их поперечного сечения расположены на диаметрально противоположных образую- щих цилиндрического корпуса в точках, В соответствующих проекциям центра диафрагмы на цилиндрический корпус в плоскости симметрии квазиоптического резонатора, проходящей через большую ось диафрагмы, а оси поперечных сечений первой и второй щелей ориентированы ортогонально одна другой и под углами 45 и 135 соответственно.к плоскости симметрии квазиоптического ° резонатора, проходящей через большую ось диафрагмы.

1109870

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в иэ" мерительных устройствах и системах .автоматической подстройки частоты

СВЧ-диапазона радиоволн. 5

Известен балансный фазовый детектор СВЧ, содержащий двойной волноводный тройник, в двух плечах которого размещены детекторные диоды, подключенные через фильтры нижних частот к !

О входам дифференциального усилителя i i 1 .

Однако указанное устройство имеет ограниченный диапазон рабочих частот. I5

Известен также балансный фазовый детектор СВЧ, содержащий квазиоптический резонатор, образованный цилиндрическим корпусом, внутренняя поверхность которого покрыта слоем поглощающего материала, первым и вторым зеркалами, направленными своими вогнутыми поверхностями одно к другому и установленными перпендикулярно об25 разующей 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 ви- ЗО де первой и второй щелей, с которыми связаны детекторные диоды, со4диненные через фильтры нижних частот с . входами дифференциального усилителя t2). 35

Недостатком известного устройства является высокая чувствительность к изменениям уровня мощности входных сигналов, а также сложность конструкции. 40

Цель изобретения вЂ” уменьшение чувствительности к изменениям уровня мощности входных сигналов при одновременном упрощении конструкций.

Для достижения цели в балансный 45 фазовьп1 детектор СВЧ, содержащий квазиоптический резонатор, образованныи цилиндрическим корпусом, внутренняя поверхность которого покрыта слоем поглощающего материала, первым и вто- О рым зеркалами, направленными своими вогнутыми поверхностями друг к другу и установленными перпендикулярно образующей цилиндрического корпуса на его торцах, первый входной элемент связи выполненный в виде прямоуголь1 ной щели в центре первого зеркала, второй входной элемент связи, выходные элементы. связи, выполненные в виде первой и второй шелей, с которыми связаны детекторные диоды, соединенные через фильтры нижних частот с входами дифференциального усилителя, дополнительно введена диафрагма, выполненная из полупрозрачного для электромагнитных волн материала и размещенная внутри цилиндрического корпуса в средней части квазиоптичесо кого резонатора под углом 45 к образующей цилиндрического корпуса, причем оси диафрагмы расположены на пересечениях взаимно ортогональных плоскостей симметрии квазиоптического резонатора, проходящих параллельно сторонам прямоугольной щели первого входного элемента связи, с плоскостью диафрагмы, 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, а первая и вторая щели размещены в- цилиндрическом корпусе, при этом центры их поперечного сечения расположены на диаметрально противоположных образующих цилиндрического корпуса в точках, соответствующих проекциям центра диафрагмы на цилиндрический корпус в плоскости симметрии квазиоптического резонатора, проходящей через большую ось диафрагмы, а оси поперечных сечений первой и второй щелей ориентированы ортогонально одна другой и под углами 45 и 1350 соответственно к плоскости симметрии квазиоптического резонатора, проходящей через большую ось диафрагмы.

На фиг. 1 представлен балансный фазовый детектор СВЧ, на фиг.2 вЂ” то же, структурная схема; на.фиг.3 и 4 векторные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Балансный фазовый детектор СВЧ содержит квазиоптический резонатор, образованный цилиндрическим корпусом

1, первым и вторым зеркалами 2 и 3, первый и второй входные элементы 4 и 5 связи. Первое зеркало 2 закреплено в цилиндрическом корпусе 1 неподвижно, а второе зеркало 3 может перемещаться при настройке по пазам

6 и фиксироваться стопорными винтами 7. В средней части квазиоптического резонатора размещена диафрагма 8, например, иэ полиэтилена. Внутренняя

1t09870 поверхность цилиндрического корпуса покрыта слоем поглощающего материала

9, например углеродистой резины. В цилиндрическом корпусе 1 расположены первая и вторая щели 10 и 11.

Детекторные диоды 12 и 13 (фиг.2) связаны с первой и второй щелями 1О и

11 и через фильтры 14 и 15 нижних частот подключены к входам дифференциального усилителя (не показано).

Балансный фазовый детектор СВЧ работает. следующим образом.

Опорный сигнал с частотой Рр через первый входной элемент 4 связи воз" буждает в квазиоптическом резонаторе поле с вертикальной поляризацией вектора напряженности электрического поля. Падающая волна поля от опорного сигнала достигает диафрагмы 8, представляющей собой ответвитель мощ- ности, проходит через нее и, частично отражаясь, распространяется в вертикальном направлении, изменив при этом плоскость поляризации на горизонтальную. Достигнув первой щели 10, 5 она вызывает в детекторном диоде 12 протекание тока, пропорционального величине проекции вектора этого поля на направление, перпендикулярное продольной оси поперечного сечения пер- ЗО вой щели 10. Волна .поля, прошедшая диафрагму 8, достигает поверхности второго зеркала 3 и отражается от него. Достигая вновь диафрагмы 8,она снова проходит через нее и частично отражается в вертикальном направлении в сторону второй щели 11, изменив при этом плоскость поляризации на горизонтальную. Достигнув второй щели

11, она вызывает протекание через . 40 детекторный диод 13 тока, пропорцио. нального величине проекции вектора этого поля на направление, перпендикулярное продольной оси поперечного сечения второй щели 11. Коэффициент ответвления мощности диафрагм.й 8 определяется ее толщиной и выбирается из условия равенства токов, протекающих через детекторные диоды 12 и !3 в установившемся режиме при подключении квазиоптического резонатора только к источнику опорного сигнала.

Аналогичные процессы происходят в устройстве при подключении его только к источнику сравниваемого сигнала. При воздействии на квазиоптический резонатор одновременно опорного и сравниваемого сигналов результирующий эффект находится как эффект ,от воздействия на каждый из детекторных диодов 12 и 13 суммарного поля в области соответствующей щели 10 и 1t, а оно зависит от разности фаэ сравниваемого и опорного сигналов.

Необходимые построения для конкретных значений разности фаз представлены векторными диаграммами на фиг.3, где принято /F.,/=/Е /, а центры первой и второй щелей 1О и 1! условно совмещены. Из векторных диаграмм на фиг.3 следует, что в данном устройстве действительно формируется дискриминационная характеристика, соответствующая фазовому дискриминатору.

Устройство малочувствительно к изменениям мощности входных сигналов, что подтверждается векторными диаграммами на фиг.4 для случая изменения амплитуды сравниваемого сигнала в

2 раза при неизменных остальных условиях, принятых при построениях на фиг.3.

Предлагаемое устройство позволяет значительно повысить быстродействие, устойчивость и надежность работы сис- тем фазовой автоподстройки частоты в моллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн.

1 109870

1109870

f 180

9 = 270

9 =.6

<с

4=Ее

Ь=Ец

<1Z-<

Е,--=О

ЕС= О

Фиг.3 т"-0