ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ БАЛАНСНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК H04B1/26 H03D7/14 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для преобразования частоты в радиоприемной и радиоизмерительной технике УВЧ-СВЧ-диапазонов.

Известен двойной балансный смеситель по а.с. СССР N 1478287, кл. H 03 D 7/14, 1979.

Балансный смеситель содержит диэлектрическую подложку, два отрезка микрополосковой линии передачи, отрезок щелевой линии передачи, два резистивных делителя напряжения, два фильтра промежуточной частоты и четыре полупроводниковых диода.

Данный смеситель имеет следующие недостатки:
во-первых, для обеспечения работоспособности смесителя требуется высокий уровень мощности (не менее 10 мВт) сигнала гетеродина;
во-вторых, узкие диапазоны частот информационного сигнала и сигнала промежуточной частоты.

Известен также двойной балансный смеситель, описанный в патенте США N 3652941, кл. H 04 B 1/06, 1972.

Смеситель имеет корпус, внутри которого находится диэлектрическая подложка.

Три коаксиальных разъема закрепляются снаружи на трех сторонах корпуса. Первый и второй разъемы служат в качестве входных клемм и любой из них может быть использован для сигнала гетеродина или для информационного сигнала. Третий разъем предназначен для вывода сигнала промежуточной частоты. Четыре полупроводниковых диода, соединенных по кольцевой схеме, образуют диодный мост, расположенный внутри отверстия в подложке. Первый симметрирующий трансформатор, состоящий из двух металлических полосок, расположенных на каждой стороне диэлектрической подложки, включен между сигнальным коаксиальным входом и первой диагональю диодного моста. Первая и вторая дроссельные катушки включены между диодным мостом и выходным соединением промежуточной частоты. Второй симметрирующий трансформатор, состоящий из двух металлических полосок, расположенных на каждой стороне диэлектрической подложки, включен между коаксиальным входом гетеродина и второй диагональю диодного моста. Третья дроссельная катушка включена между диодным мостом и корпусом.

Первый и второй конденсаторы включены между вторыми симметрирующим трансформатором и диодным мостом для изоляции сигнала промежуточной частоты.

Данный смеситель имеет следующие недостатки:
1. Для обеспечения работоспособности смесителя требуется высокий уровень мощности (не менее 10 мВт) сигнала гетеродина.

2. Данная конструкция смесителя не обеспечивает возможности подачи напряжения смещения на диоды без существенного сужения полосы рабочих частот.

3. Нетехнологичность монтажа полупроводниковых диодов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является "СВЧ двойной балансный смеситель на микрополосковых линиях", описанный в а.с. СССР N 1711320, оп. 1992, МПК H 03 D 7/14.

Смеситель содержит четыре полупроводниковых диода, при этом аноды первого и второго полупроводниковых диодов соединены с первым проводником двухпроводной копланарной линии, являющейся трактом сигнала гетеродина, катоды третьего и четвертого полупроводниковых диодов соединены со вторым проводником двухпроводной копланарной линии, катод второго и анод третьего полупроводниковых диодов соединены с токонесущим проводником двухщелевой копланарной линии передачи, к выходу которой подсоединены селектирующие цепи сигнала промежуточной частоты и информационного сигнала, а катод первого и анод четвертого полупроводниковых диодов подсоединены соответственно к противоположным экранным проводникам двухщелевой копланарной линии передачи и соединены между собой токопроводящей перемычкой, которая установлена между точкой контакта анода четвертого полупроводникового диода с экранным проводником и точкой контакта катода первого полупроводникового диода с экранным проводником. Кроме того, в этом известном смесителе первый и второй проводники двухпроводной копланарной линии соединены с соответствующим полюсом источника напряжения смещения.

Данный смеситель имеет следующие недостатки:
1. Тракт сигнала гетеродина выполнен в виде двухпроводной копланарной линии, которую без дополнительных согласующих устройств нельзя присоединять к коаксиальным разъемам или другим небалансным линиям.

2. Сочетание двухщелевой и двухпроводной копланарных линий в одной схеме приводит к значительным излучениям электромагнитной энергии в пространство. Если данный смеситель находится в отдельном корпусе, то с этим можно смириться, установив на стенках и крышках корпуса поглотители, но в интегральных устройствах такие излучения недопустимы.

Таким образом, целью данного изобретения является обеспечение возможности подключения к гетеродинному тракту смесителя внешних небалансных линий (двухщелевых копланарных или коаксиальных), наряду с уменьшением паразитных излучений электромагнитной энергии в пространство.

Поставленная цель достигается тем, что в широкополосном параллельном балансном смесителе, содержащем диэлектрическую подложку, на первой стороне которой расположены первая копланарная линия, к первому концу которой подсоединены селектирующие цепи сигнала промежуточной частоты и информационного сигнала, двухпроводная копланарная линия, первый и второй плоские проводники которой подсоединены к соответствующим полюсам источника напряжения смещения, четыре полупроводниковых диода, аноды первого и второго полупроводниковых диодов соединены с первым концом первого плоского проводника двухпроводной копланарной линии. Катоды третьего и четвертого полупроводниковых диодов соединены с первым концом второго плоского проводника двухпроводной копланарной линии, катод второго и анод третьего полупроводниковых диодов соединены с токонесущим проводником на втором конце первой копланарной линии, а катод первого и анод четвертого полупроводниковых диодов присоединены соответственно к первому и второму экранным проводникам на втором конце первой копланарной линии, при этом между точками соединения полупроводниковых диодов с экранными проводниками установлена первая токопроводящая перемычка, отличающимся тем, что введена расположенная на этой же стороне диэлектрической подложки двухпроводная копланарная линия переменного сечения. Широкие концы первого и второго плоских проводников двухпроводной копланарной линии переменного сечения подключены через введенные первый и второй конденсаторы ко вторым концам первого и второго соответственно плоских проводников двухпроводной копланарной линии, а узкие концы к первому и второму соответственно проводником введенной щелевой линии, щель которой соединена с первой щелью введенной второй копланарной линии. Первый конец второй копланарной линии является входом сигнала гетеродина, а токонесущий проводник, первая и вторая щели на втором ее конце выполнены сужающимися. Токонесущий проводник второй копланарной линии присоединен к первому экранному проводнику в месте присоединения второй щели этой копланарной линии к введенному короткозамкнутому щелевому шлейфу.

Угловая часть первого экранного проводника, образованная второй щелью второй копланарной линии и короткозамкнутым щелевым шлейфом соединена при помощи введенной второй токопроводящей перемычки с угловой частью второго экранного проводника, образованной первой щелью второй копланарной линии и щелью щелевой линии. На второй стороне диэлектрической подложки, напротив второго конца первой копланарной линии, полупроводниковых диодов, двухпроводной копланарной линии, конденсаторов и широких концов плоских проводников двухпроводной копланарной линии переменного сечения расположена пластина из поглощающего материала.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "Новизна".

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и явным образом не следует из уровня техники, т.е. техническое решение имеет изобретательский уровень.

На фиг. 1 изображен увеличенный фрагмент конструкции смесителя (вид с первой стороны).

На фиг. 2 изображена полная конструкция смесителя (вид с первой стороны).

На фиг. 3 изображен увеличенный фрагмент конструкции смесителя (вид с первой стороны).

На фиг. 4 изображен фрагмент топологии на второй стороне смесителя (вид с первой стороны).

На фиг. 5, 6 изображены двухканальные и четырехканальные широкополосные устройства преобразования частоты.

Смеситель содержит диэлектрическую подложку 1 на первой стороне которой 2 расположена первая копланарная линия 3, к первому концу 4 которой присоединены селектирующие цепи сигнала промежуточной частоты и информационного сигнала. На этой же стороне диэлектрической подложки расположена двухпроводная копланарная линия 5, состоящая из первого и второго плоских проводников 6, 7, каждый из которых подсоединен к соответствующему полюсу источника напряжения смещения. Первый полупроводниковый диод 8, анодом присоединен к первому концу 9 первого плоского проводника 6 двухпроводной копланарной линии 5, а катодом к первому экранному проводнику 10 второго конца 11 первой копланарной линии 3. Второй полупроводниковый диод 12 анодом присоединен к первому концу 9 первого плоского проводника 6 двухпроводной копланарной линии 5, а катодом к токонесущему проводнику 13 на втором конце 11 первой копланарной линии 3. Третий полупроводниковый диод 14 катодом присоединен к первому концу 15 второго плоского проводника 7 двухпроводной копланарной линии 5, а анодом к токонесущему проводнику 13 на втором конце 11 первой копланарной линии 3. Четвертый полупроводниковый диод 16 катодом присоединен к первому концу 15 второго плоского проводника 7 двухпроводной копланарной линии 5, а анодом ко второму экранному проводнику 17 на втором конце 11 первой копланарной линии 3. Между точкой соединения 18 катода первого полупроводникового диода 8 и первого экранного проводника 10 и точкой соединения 19 анода четвертого полупроводникового диода 16 и второго экранного проводника 17 установлена первая токопроводящая перемычка 20. Между вторым концом 21 первого плоского проводника 6 двухпроводной копланарной линии 5 и широким концом 22 первого плоского проводника 23 введенной двухпроводной копланарной линии переменного сечения 24 включен первый конденсатор 25. Между вторым концом 26 второго плоского проводника 7 двухпроводной копланарной линии 5 и широким концом 27 второго плоского проводника 28 двухпроводной копланарной линии переменного сечения 24 включен второй конденсатор 29. Узкие концы 30, 31 первого и второго плоских проводников 23, 28 двухпроводной копланарной линии переменного сечения 24 подсоединены к первому и второму проводникам 32, 33 введенной щелевой линии 34, щель 35 которой соединена с первой щелью 36 введенной второй копланарной линии 37, первый конец которой 38 является входом сигнала гетеродина, а токонесущий проводник 39, первая и вторая щели 36, 40 на втором ее конце 41 выполнены сужающимися. Токонесущий проводник 39 второй копланарной линии 37 присоединен к первому экранному проводнику 10 в месте присоединения 42 второй щели 40 этой линии к введенному короткозамкнутому щелевому шлейфу 42. Угловая часть 44 первого экранного проводника 10, образованная второй щелью 40 второй копланарной линии 37 и короткозамкнутым щелевым шлейфам 43, соединена при помощи введенной второй токопроводящей перемычки 45 с угловой частью 46 второго экранного проводника 17, образованной первой щелью 36 второй копланарной линии 37 и щелью 35 щелевой линии 34. На второй стороне 47 диэлектрической подложки 1 напротив двухпроводной копланарной линии 5, полупроводниковых диодов 8, 12, 14, 16, второго конца 11 первой копланарной линии 3, конденсаторов 25, 29 и широких концов 22, 27 плоских проводников 23, 28 двухпроводной копланарной линии переменного сечения 24 расположена пластина из поглощающего материала 48.

Смеситель работает следующим образом. По первой копланарной линии 3 информационный сигнал поступает на полупроводниковые диоды 8, 12, 14, 16. В процессе взаимодействия информационного сигнала с периодически изменяющимися под действием мощного сигнала гетеродина, поступающего на вход 38, проводимости полупроводниковых диодов 8, 12, 14, 16 образуются комбинационные частотные составляющие и их гармоники. Одной из этих составляющих является сигнал промежуточной частоты, который по первой копланарной линии 3 поступает на селектирующие цепи сигнала промежуточной частоты и информационного сигнала.

В заявляемой конструкции смесителя обеспечивается возможность подключения к гетеродинному тракту смесителя внешних двухщелевых копланарных линий, а также коаксиальных линий, так как коаксиальные линии можно напрямую стыковать к двухщелевым копланарным линиям. Кроме того, предлагаемая конструкция обеспечивает также возможность создания малогабаритных и технологичных многоканальных широкополосных устройств преобразования частоты (фиг. 5, 6).

Наличие пластины из поглощающего материала в указанном месте (фиг. 1, 4) приводит к значительному снижению паразитных излучений и выравниванию амплитудно-частотных характеристик смесителя.

Значительное влияние на равномерность амплитудно-частотной характеристики и уровень КСВН по входу сигнала гетеродина 38 оказывает форма введенной двухпроводной копланарной линии переменного сечения 24, которая была определена экспериментально. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Использование: для преобразования частоты в радиоприемной и радиоизмерительной технике УВЧ- и СВЧ-диапазонов. Сущность изобретения: смеситель содержит диэлектрическую подложку 1, на лицевой стороне которой расположен экранный проводник 2, в котором выполнены первая регулярная копланарная линия 3, переходящая в целевую линию 10, которая переходит в расширяющуюся двухпроводную копланарную линию 14, электроды которой 15 и 16 через конденсаторы 17 и 18 соединены с плоскими проводниками 19 и 20 регулярной двухпроводной копланарной линии 21. Свободный конец первой регулярной копланарной линии 3 является входом сигнала гетеродина 5. Между плоскими проводниками 19 и 20 и второй регулярной копланарной линией 25 включены четыре полупроводниковых диода 22, 23, 26 и 27. К свободному концу 31 второй регулярной копланарной линии 25 присоединены селектирующие цепи информационного сигнала и сигнала промежуточной частоты. На плоские проводники 19 и 20 подают положительное и отрицательное напряжение смещения. На обратной стороне диэлектрической подложки 1 расположена пластина 32 из поглощающего материала. 6 ил.

Широкополосный параллельный балансный смеситель, содержащий диэлектрическую подложку, на первой стороне которой расположены первая копланарная линия, к первому концу которой подсоединены селектирующие цепи сигнала промежуточной частоты и информационного сигнала, двухпроводная копланарная линия, первый и второй плоские проводники которой подсоединены к соответствующим полюсам источника напряжения смещения, четыре полупроводниковых диода, аноды первого и второго полупроводниковых диодов соединены с первым концом первого плоского проводника двухпроводной копланарной линии, катоды третьего и четвертого полупроводниковых диодов соединены с первым концом второго плоского проводника двухпроводной копланарной линии, катод второго и анод третьего полупроводниковых диодов соединены с токонесущим проводником на втором конце первой копланарной линии, а катод первого и анод четвертого полупроводниковых диодов присоединены соответственно к первому и второму экранным проводникам на втором конце первой копланарной линии, при этом между точками соединения полупроводниковых диодов с экранными проводниками установлена первая токопроводящая перемычка, отличающийся тем, что введена расположенная на этой же стороне диэлектрической подложки двухпроводная копланарная линия переменного сечения, широкие концы первого и второго плоских проводников которой подключены через первый и второй конденсаторы к вторым концам первого и второго соответственно плоских проводников двухпроводной копланарной линии, а узкие концы соответственно к первому и второму проводникам щелевой линии, щель которой соединена с первой щелью второй копланарной линии, первый конец которой является входом сигнала гетеродина, а токонесущий проводник, первая и вторая щели на втором ее конце выполнены сужающимися, причем токонесущий проводник второй копланарной линии присоединен к первому экранному проводнику в месте присоединения второй щели этой линии к короткозамкнутому щелевому шлейфу, при этом угловая часть первого экранного проводника, образованная второй щелью второй копланарной линии и короткозамкнутым щелевым шлейфом, соединена при помощи второй токопроводящей перемычки с угловой частью второго экранного проводника, образованной первой щелью второй копланарной линии и щелью щелевой линии, а на второй стороне диэлектрической подложки, напротив второго конца первой копланарной линии, полупроводниковых диодов, двухпроводной копланарной линий, конденсаторов и широких концов плоских проводников двухпроводной копланарной линии переменного сечения расположена пластина из поглощающего материала.