ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТИ СВЧ Российский патент 1994 года по МПК H01P1/218 G01R21/09 

Изобретение относится к измерительной технике СВЧ и может использоваться в миллиметровом диапазоне длин волн.

Известны преобразователи мощности с использованием гальваномагнитных эффектов детектирования СВЧ-сигналов в ферромагнитных пленках (1), которые обладают низким и частотно-зависимым коэффициентом преобразования, малым динамическим диапазоном линейного преобразования мощности и в миллиметровом диапазоне не применяются.

Известны феррит-полупроводниковые преобразователи (2) дециметрового и сантиметрового диапазонов длин волн, выполненные на основе феррит-гранатового кроссумножителя, которые представляют собой каскадно соединенные кроссумножитель и полупроводниковый диодный преобразователь (кристаллический детектор). Кроссоумножитель представляет собой расположенный в зазоре магнитный системы отрезок линии передачи СВЧ с расположенным внутри его на диэлектрической подложке монокристаллическим ферритовым резонатором, окруженным спиральной катушкой из микропровода, служащей для высокочастотной модуляции поля подмагничивания ферритового резонатора. СВЧ-выход кроссумножителя соединен с входом полупроводникового преобразователя, с выхода которого снимается преобразованный сигнал, несущий информацию о мощности СВЧ-сигнала на частоте настройки ферритового резонатора.

Преобразование мощности с помощью таких частотно-селективных преобразователей в миллиметровом диапазоне длин волн невозможно из-за резкого снижения с ростом частоты сигнала коэффициента преобразования устройства) (в силу снижения добротности резонатора) и резкого повышения энергозатрат, связанных с необходимостью увеличивать габариты и энергопотребление магнитной системы и увеличивать ток в микрокатушке кроссоумножителя. Кроме того, использование полупроводникового кристаллического детектора снижает динамический диапазон преобразуемой мощности и с ростом частоты резко уменьшается его коэффициент преобразования.

Целью изобретения является снижение энергозатрат при работе устройства в миллиметровом диапазоне.

Это достигается тем, что в феррит-полупроводниковом преобразователе, содержащем отрезок линии передачи, внутри которого на диэлектрической подложке установлен намагниченный монокристаллический резонатор, связанный с первым полупроводниковым преобразователем, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, введены второй полупроводниковый преобразователь и два источника тока, монокристаллический ферритовый резонатор выполнен из гексаферритового материала, первый и второй полупроводниковые преобразователи выполнены в виде датчиков Холла, расположенных в плоскостях, перпендикулярных направлению внешнего магнитного поля, при этом первый полупроводиковый преобразователь установлен внутри отрезка линии передачи на диэлектрической подложке вплотную к ферритовому резонатору, а второй установлен на наружной поверхности отрезка линии передачи и соединен с вторым входом блока сравнения, а токовый вход каждого датчика Холла подключен к соответствующему источнику тока.

На чертеже представлены элементы конструкции преобразователя.

Частотно-селективный преобразователь мощности СВЧ содержит линию 1 передачи, внутри которой на диэлектрической подложке 2 установлен намагниченный ферритовый резонатор 3, выполненный из монокристалла гексаферрита, на диэлектрической подложке 2 вплотную к резонатору 3 установлен первый полупроводниковый преобразователь 4, выполненный в виде датчика Холла. На наружной поверхности линии передачи расположен второй полупроводниковый преобразователь 5, также выполненный в виде датчика Холла. Полупроводниковые преобразователи 4 и 5 расположены параллельно в плоскостях, перпендикулярных направлению внешнего магнитного поля, обеспечивающего намагничивание ферритового резонатора и перестройку его по частоте. Сигнальные выходы преобразователей 4 и 5 подсоединены к соответствующим входам блока 6 сравнения, а токовые выходы полупроводниковых преобразователей 4 и 5 подключены к источникам 7, 8 тока питания соответственно. Преобразователь снабжен магнитной системой 9.

Преобразователь работает следующим образом.

До подачи СВЧ-сигнала на вход устройства устанавливается "0" на выходе блока 6 в заданном диапазоне частот (магнитных полей). Равенство сигналов, снимаемых с выходов датчиков Холла 4 и 5, обеспечивается путем выбора токов их питания от источников 7 и 8. Эти сигналы определяются эффектом Холла. При воздействии СВЧ-колебания мощностью Р на частоте f_o, совпадающей с частотой ферромагнитного резонанса гексаферритового резонатора, напряжение на выходе первого датчика Холла 4 изменяется на величину Δ Е₁, пропорциональную мощности Р(f_o), а напряжение на выходе датчика Холла 5 остается неизменным (Е₁ = Е₂). На выходе блока 6 имеется сигнал
Δ Е = Δ Е₁ = kP(f_o).

Коэффициент пропорциональности k определяет эффективность преобразования и зависит от физических параметров датчиков Холла, гексаферритового резонатора, их взаимного расположения, геометрических размеров, коэффициента связи с линией передачи СВЧ. (56) Труды Московского энергетического института, 1980, Москва, вып. 464, Мин-во высшего и среднего специального образования СССР, с. 50-61.

Использование: для анализа спектра и измерения мощности сигналов миллимитрового диапазона длин волн при разработке и контроле качества излучения генераторов и электронных приборов, работающих в многочастотном режиме. Сущность изобретения: преобразователь содержит отрезок линии передачи с монокристаллическим ферритовым резонатором, который выполнен из гексаферритового материала, установлен на диэлектрической подложке и связан с первым преобразователем в виде датчика Холла, установленным вплотную к ферритовому резонатору. Второй датчик Холла размещен на наружной поверхности отрезка линии передачи. Оба датчика Холла соединены со схемой сравнения и с соответствующими источниками тока. 1 ил.

ЧАСТОТНО-СЕЛЕКТИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТИ СВЧ, содержащий отрезок линии передачи, внутри которого на диэлектрической подложке установлен намагниченный монокристаллический ферритовый резонатор, связанный с первым полупроводниковым преобразователем, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат при работе в миллиметровом диапазоне длин волн, введены второй полупроводниковый преобразователь и два источника тока, монокристаллический ферритовый резонатор выполнен из гексаферритового материала, первый и второй полупроводниковые преобразователи выполнены в виде датчиков Холла, расположенных параллельно в плоскостях, перпендикулярных к направлению внешнего магнитного поля, при этом первый полупроводниковый преобразователь установлен вунтри отрезка линии передачи на диэлектрической подложке вплотную к ферритовому резонатору, а второй установлен на наружной поверхности отрезка линии передачи и соединен с вторым входом блока сравнения, а токовый вход каждого датчика Холла подключен к соответствующему источнику тока.