УСИЛИТЕЛЬ СВЧ Российский патент 1994 года по МПК H03F3/60 

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в качестве усилителя СВЧ или устройства сложения мощности СВЧ-усилителей, работающих на отражение в радиотехнических системах самого различного назначения, например, в радиорелейных линиях связи, системах самолетной радиосвязи, системах радиосвязи через искусственные спутники Земли.

На фиг. 1 представлен усилитель СВЧ отражательного типа; на фиг. 2 - направление электрической компоненты СВЧ-поля падающей (Е_пад) и усиленной отраженной (Е_отр. ) электромагнитной волны; на фиг. 3 - усилитель по п. 2; на фиг. 4 - усилитель по п. 3.

Усилитель содержит разделитель сигналов с взаимно перпендикулярной поляризацией на Т-образном соединении первого прямоугольного волновода 1 и второго круглого волновода 2, у одного конца котоpого размещена решетка 3 из металлических штырей перпендикулярно вектору электрического сигнала, а в другом его конце - согласованная нагрузка 4. При этом волновод 1 является вторым плечом 5 Т-образного соединения, участок волновода 2 с решеткой 3 - первым плечом 6, а остальная часть волновода 2 - третьим плечом 7, поперек которого посредством первого и второго коаксиальных резонаторов с центральными проводниками 8 и 9 соответственно включены на расстоянии, кратном четверти длины волны один от другого, диоды 10 и 11. Первый проводник 8 составляет с вертикалью угол (25-65)^о, а второй проводник 9 - (-25- -65)^о.

На четвертьволновом расстоянии от первого и второго проводников 8 и 9 могут быть установлены соответственно первый и второй металлические стержни 12 и 13, которые включены в поперечном сечении волновода 2, причем стержень 12 параллелен центральному проводнику 8, а стержень 13 - проводнику 9.

Кроме того, могут быть введены первая и вторая группы дополнительных коаксиальных резонаторов с диодами 14 и первая и вторая группы дополнительных металлических стержней 15 и 16. При этом центральные проводники 17 дополнительных коаксиальных резонаторов первой группы образуют с первым центральным проводником 8 первую поперечную решетку 18 из параллельных проводников, центральные проводники 19 дополнительных резонаторов второй группы образуют со вторым центральным проводником 9 вторую поперечную решетку 20 из параллельных проводников, а первая вторая группы дополнительных металлических стержней 15 и 16 образуют с первым и вторым металлическими стержнями 12 и 13 соответственно первую и вторую поперечные решетки 21 и 22 из параллельных металлических стержней.

Усилитель СВЧ работает следующим образом.

При возбуждении плеча 6 волна с вертикальной поляризацией практически без отражения проходит через решетку 3. На участке волновода 20 расположенного между решеткой 3 и прямоугольным волноводом 1, вертикальное направление электрической компоненты СВЧ-поля падающей волны (Е_пад), можно разложить на две взаимно перпендикулярных составляющих К_пад.1 и Е_пад.2. Составляющая Е_пад.1 эффективно возбуждает первый коаксиальный резонатор, центральный проводник 8 которого параллелен Е_пад.1, составляющая Е_пад.2 практически без затухания проходит через этот коаксиальный резонатор, так как его центральный проводник 8 перпендикулярен направлению составляющей Е_пад.2, но эффективно возбуждает второй коаксиальный резонатор с полупроводниковым диодом 11. Усиленные отраженные от первого и второго коаксиальных резонаторов составляющие Е_отр.1 и Е_отр.2 компоненты электрического поля из-за расстояния между этими коаксиальными резонаторами равного нечетному числу λ /4 имеют разность фаз 180^о. Последнее обуславливает поворот плоскости поляризации усиленной отраженной СВЧ-волны относительно плоскости поляризации падающей волны на угол, равный 90^о. Наличие решетки 3 короткозамкнутых горизонтально расположенных металлических штырей препятствует излучению усиленной отраженной волны, имеющей горизонтальную поляризацию, из волновода 2.

Подключение согласованной нагрузки 4 к концу волновода 2 обеспечивает подавление паразитных обратных связей между полупроводниковыми диодами 10 и 11, что приводит к увеличению коэффициента усиления и расширению рабочей полосы частот усилителя СВЧ.

Таким образом, слабый сигнал с вертикальной поляризацией, поступающей в волновод 2, отражается с усилением от полупроводниковых диодов 10 и 11 и за счет изменения направления плоскости поляризации (с вертикальной на горизонтальную) поступает на выход прямоугольного волновода 1, т. е. в плечо 5.

Включение между вторым коаксиальным резонатором и нагрузкой 4, а также между первым и вторым коаксиальными резонаторами, металлических стержней 12 и 13, приводит к увеличению коэффициента усиления и расширению рабочей полосы частот усилителя СВЧ. Это достигается за счет расположения металлических стержней 12 и 13 от соответствующего коаксиального резонатора на расстоянии λ /4, что обеспечивает в области расположения полупроводниковых диодов 10 и 11 пучности электрического поля и, следовательно, увеличенный коэффициент отражения от них.

Включение в волновод 2 первой и второй поперечных решеток 18 и 20 из параллельных коаксиальных резонаторов и первой и второй поперечных решеток 21 и 22 из параллельных металлических стержней приводит к дополнительному увеличению коэффициента усиления за счет сложения в прямоугольном волноводе 1 отраженных от них сигналов.

Использование: в светочувствительной технике в качестве усилителя. Сущность изобретения: в светочувствительном усилителе, содержащем развязывающий узел с первым, вторым и третьим плечами и подключенные параллельно третьему плечу на кратном четверти длины волны расстоянии один от другого усилительные диоды, развязывающий узел выполнен в виде Т-образного соединения первого прямоугольного и второго квадратного либо круглого волноводов, в первом плече которого расположена решетка из металлических штырей, перпендикулярных вектору электрического поля, третье плечо нагружено на согласованную нагрузку, а первый и второй усилительные диоды включены поперек третьего плеча посредством первого и второго коаксиальных резонаторов, причем центральный проводник первого резонатора составляет с вертикалью угол (25 65), а второго - (-25 -65). В усилитель могут быть введены первый и второй металлические стержни, которые параллельны первому и второму коаксиальным резонаторам соответственно и расположены на четвертьволновом расстоянии от них. В одних поперечных сечениях второго волновода с первым, вторым коаксиальными резонаторами и первым, вторым металлическими стрежнями могут быть установлены дополнительные коаксиальные резонаторы с диодами и дополнительные металлические стержни, которые образуют соответственно первую, вторую поперечные решетки из параллельных коакисиальных резонаторов и первую и вторую параллельные решетки из металлических стержней. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. УСИЛИТЕЛЬ СВЧ, содержащий развязывающий узел, первое и второе плечи которого являются входом и выходом усилителя СВЧ соответственно, в параллельно третьему плечу подключены первый и второй усилительные диоды на кратном четверти длины волны расстоянии один от другого, отличающийся тем, что развязывающий узел выполнен в виде разделителя сигналов с взаимно перпендикулярной поляризацией на Т-образном соединении первого прямоугольного и второго квадратного либо круглого волноводов, при этом первый волновод является вторым плечом развязывающего устройства, участок второго волновода у одного его конца - первым плечом, в котором размещена введенная решетка из металлических штырей, расположенных перпендикулярно вектору электрического поля входного сигнала, в другом конце второго волновода расположена введенная согласованная нагрузка, а первый и второй усилительные диоды включены поперек третьего плеча посредством введенных первого и второго коаксиальных резонаторов с первым и вторым центральными проводниками соответственно, первый из которых составляет с вертикалью угол 25 ÷ 65^o, а второй - угол (-25 ÷ -65)^o. 2. Усилитель по п. 1, отличающийся тем, что в него введены первый и второй металлические стержни, включенные в поперечном сечении третьего плеча, первый из которых расположен параллельно первому центральному проводнику на четвертьволновом расстоянии после него, а второй - параллельно второму центральному проводнику на четвертьволновом расстоянии после него. 3. Усилитель по п. 2, отличающийся тем, что в него введены первая и вторая группы дополнительных коаксиальных резонаторов с усилительными диодами и первая и вторая группы дополнительных металлических стержней, которые образуют с первым и вторым коаксиальными резонаторами и первым и вторым металлическими стержнями соответственно, первую и вторую поперечные решетки из параллельных коаксиальных резонаторов и первую и вторую поперечные параллельные решетки из металлических стержней.