СВЧ-ДЕЛИТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК H03B7/14 

Изобретение относится к генерированию электрических колебаний, в частности делению частоты сигнала, поступающего от отдельного источника с помощью полупроводникового прибора.

Известны автономные активные делители частоты, работающие на основе LC-генераторов.

Известен делитель на базе счетного триггера на полевых транзисторах.

Недостатками аналогов являются низкое быстродействие, невозможность обеспечить деление частоты на высокочастотной части СВЧ-диапазона.

Из известных технических решений наиболее близким является пассивный делитель частоты на варакторе, содержащий тракт, в котором установлены варактор, два резонатора на входе и выходе на частоты первой и половинной гармоник, имеется также возможность подачи смещения на варактор через блокировочный фильтр.

К недостаткам делителя следует отнести низкий коэффициент преобразования по мощности, являющийся отношением выходной мощности сигнала половинной гармоники к входной мощности сигнала первой гармоники, а также низкий коэффициент подавления уровня сигнала первой гармоники, являющийся отношением выходной мощности сигнала первой гармоники к выходной мощности сигнала половинной гармоники.

Цель изобретения - повышение коэффициента преобразования по мощности при одновременном повышении коэффициента подавления уровня сигнала первой гармоники.

Это достигается тем, что в делителе сверхвысоких частот, содержащем тракт, включающий фильтр первой гармоники на входе, варактор с подключенной к нему цепью смещения с блокировочным фильтром и фильтр половинной гармоники на выходе, фильтр половинной гармоники выполнен на короткозамкнутом с двух сторон отрезке волновода длиной, равной длине волны в волноводе, в котором размер широкой стенки волновода лежит в пределах λ-2λ, имеющем на противоположных широких стенках две щелевые линии, ортогональные продольной оси волновода, первая щелевая линия находится на уровне плоскости короткого замыкания, а вторая щелевая линия отстоит от одной из плоскостей короткого замыкания на расстоянии, равном четверти длины волны в волноводе, причем на первой щелевой линии установлен варакторный диод на расстоянии, равном четверти длины волны в щелевой линии от первого короткозамкнутого конца щелевой линии с одной стороны, и на расстоянии l от второго короткозамкнутого конца щелевой линии - с другой, первая щелевая линия соединена с отрезком волновода, имеющим размер широкой стенки, лежащий в пределах от λ/2 до λ, являющимся входом устройства, вторая щелевая линия, имеющая длину, равную половине длины волны в щелевой линии, соединена с волноводом, имеющим размер широкой стенки, лежащий в пределах λ-2 λ, и являющимся выходом устройства, при этом величина l определяется из формулы
ωC - ctg = 0, где ω- круговая частота;
С - емкость варакторного диода;
Z - волновое сопротивление щелевой линии;
λ_щ - длина волны в щелевой линии.

На фиг. 1 изображен предлагаемый делитель; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1 (U_см - напряжение смещения, подающегося на варактор); на фиг. 3 - вид по стрелке Б на фиг. 1.

Предлагаемый делитель частоты содержит входной волновод 1, размер широкой стенки которого лежит в пределах λ/2-λ. На конце входного волновода 1 находится первая щелевая линия 2, установленная в резонаторе 3 половинной гармоники. В первой щелевой линии 2 установлен варакторный диод 4, включенный через блокировочную емкость 5. Расстояние от диода до конца щели в одну сторону равно λ_щ/4, а другую - l. Вторая щелевая линия 8, имеющая длину, равную λ_щ/2, расположенная на широкой стенке резонатора 3, соединена с выходным волноводом 9, имеющим размер широкой стенки, лежащий в пределах λ-2λ. Расстояние от щели 8 до плоскости короткого замыкания 7 равно λ_в/4, а до плоскости короткого замыкания 6 - 3/4 λ_в. К предлагаемой конструкции не предъявляются какие-либо специальные требования, она может быть выполнена из тех же материалов и по той же технологии, что и аналоги.

Предлагаемый делитель частоты работает следующим образом. При подаче на вход сигнала первой гармоники с длиной волны λ возбуждается щелевая линия 2. Для обеспечения резонанса в щелевой линии и минимальных потерь при прохождении сигнала в резонатор 3 необходимо выполнить условие
ωC - ctg = 0. Это формула определения резонансной частоты для отрезка линии, нагруженной на емкость с одной стороны и закороченной - с другой, или
ωC- ctg = 0, где с - скорость света;
ω - круговая частота;
Z - характеристическое сопротивление щелевой линии;
l - длина линии;
С - емкость конденсатора (варактора) на конце линии;
λ_щ - длина волны в щелевой линии.

Четвертьволновая щелевая линия (см. фиг. 2) необходима для исключения влияния короткозамкнутого конца в щелевой линии на импеданс варактора, так как импеданс короткозамкнутой четвертьволновой линии равен ∞. При прохождении сигнала первой гармоники через варактор в нем возникают колебания с половинной частотой. Этот сигнал проникает в резонатор 3 половинной гармоники. Через щель 2 резонатор 3 проходит также сигнал первой гармоники. Эпюры распределения токов по широкой стенке резонатора 3 для первой гармоники представлена кривой 10, а для половинной гармоники - кривой 11. Линия 8 находится на расстоянии от плоскости короткого замыкания на λ_в/4, где ток первой гармоники (кривая 10) равен нулю и отсутствует возможность проникновения первой гармоники в волновод 9. Сигнал половинной гармоники (кривая 11) через щелевую линию 8 с минимальными потерями проходит на волновод.

Изготовленные два макета имеют характеристики, представленные в таблице.

Указанный коэффициент преобразования получен в диапазоне частот 3% . Деление частоты имеет место во всем диапазоне волновода, но при этом для получения высокого коэффициента деления необходимо соответственно перемещать плоскости 6 и 7 короткого замыкания.

Применение изобретения позволит повысить эффективность делителя частоты за счет повышения коэффициента преобразования по мощности и обеспечить высокое подавление сигнала первой гармоники на выходе. (56) Ризкин И. Х. Умножители и делители частоты. М. : Связь, 1966, с. 289, рис. 4.26.

Гольденберг Л. М. Импульсные и цифровые устройства. М. : Связь, 1973.

Лебедев И. В. Техника и приборы СВЧ, т. 1, МиЛ, ГЭИ, 1970, с. 328.

Использование: в СВЧ-радиотехнике для деления частоты сигнала. Сущность изобретения: в делителе частоты, включающем фильтр гармоники на входе, варактор и фильтр гармоники на выходе, фильтр гармоники выполнен на короткозамкнутом отрезке волновода длиной, равной длине волны в волноводе, в его противоположных широких стенках выполнены первая и вторая короткозамкнутые на концах щелевые линии, первая из которых размещена в области короткозамкнутого отрезка прямоугольного волновода, а вторая - на четвертьволновом расстоянии от этого же короткозамкнутого конца. Варактор установлен в первую щелевую линию на оговоренных расстояниях от ее концов. 3 ил. , 1 табл.

СВЧ-ДЕЛИТЕЛЬ, содержащий фильтр гармоники с частотой f, подключенный через первый элемент связи к фильтру гармоники с частотой f / 2, соединенному через второй элемент связи с выходным волноводом, варактор, подключенный к цепи смещения с блокировочным фильтром, отличающийся тем, что фильтр гармоники с частотой f / 2 выполнен на отрезке прямоугольного волновода длиной, равной длине волны в волноводе, короткозамкнутого с обоих концов, в широких стенках которого расположены первый и второй элементы связи, выполненные в виде короткозамкнутых на концах первой и второй щелевых линий, ортогональных продольной оси отрезка прямоугольного волновода, при этом первая щелевая линия выполнена в одной широкой стенке в области одного короткозамкнутого конца отрезка прямоугольного волновода и в нее включен варактор на λ_щ / 4 , где λ_щ - длина волны в щелевой линии, на расстоянии от одного ее короткозамкнутого конца и на расстоянии l от другого, выбранном из условия
ωC = ctg = 0,
где ω - круговая частота;
C - емкость варактора;
Z - волновое сопротивление щелевой линии,
вторая щелевая линия выполнена в другой широкой стенке на расстоянии λ_в / 4 от того же короткозамкнутого конца и ее длина выбрана равной λ_щ / 2, а фильтр гармоники с частотой f и выходной волновод выполнены прямоугольными.