СМЕСИТЕЛЬ СВЧ Российский патент 1997 года по МПК H03D7/10 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к волноводным системам СВЧ, и может найти применение в радиолокационных системах, системах связи и метрологии, где необходимо обеспечить низкий уровень потерь преобразования, высокий уровень развязки между сигнальным и гетеродинным входами, а также возможность работы на пониженных промежуточных частотах в системах с одним преобразованием частоты.

Известна конструкция волноводного смесителя СВЧ (Л. Г. Гассанов, А. А. Липатов, В. В. Марков, Н. А. Могильченко, Твердотельные устройства СВЧ в технике связи. М. Радио и связь, 1988, с. 115, рис. 4.17), содержащая волноводный направленный ответвитель, в прямое плечо которого подается принимаемый сигнал Рс, в развязанное плечо мощность источника гетеродина Рг. Такое включение источника сигнала и источника гетеродина обеспечивает их развязку. Проходное плечо направленного ответвителя соединено с волноводной смесительной камерой, в которой установлен СВЧ полупроводниковый диод патронного типа, а в связанном плече направленного ответвителя установлена согласованная нагрузка. Однако данная конструкция смесителя имеет следующие недостатки: для уменьшения потерь сигнала переходное ослабление направленного ответвителя необходимовыбирать достаточно большим (не менее 10 дб), но при этом будет довольно сильно ослабляться мощность гетеродина, т.к. большая его часть будет поглощаться в согласованной нагрузке, а это, в свою очередь, требует резкого увеличения его мощности.

Наиболее близким к изобретению является волноводный смеситель СВЧ (С. М. Клич. Проектирование СВЧ-устройств радиолокационных приемников. М. Советское радио, 1973, с. 126, рис. 2.10а), содержащий смесительную камеру, выполненную на отрезке волновода прямоугольного поперечного сечения, в которой установлен полупроводниковый диод СВЧ патронного типа, и к смесительной камере подключен отрезок прямоугольного волновода, по которому поступают мощности источника сигнала Рс и источника гетеродина Рг. Недостатками данного технического решения являются: значительные потери на преобразования за счет влияния спектра гармоник паразитных колебаний комбинационных частот и отсутствие развязки между источниками сигнала и гетеродина, что, в свою очередь, вносит ограничения на минимально допустимый разнос частот источников сигнала и гетеродина.

Предлагаемое решение является новым, так как не известно из уровня техники, поскольку не известны смесительные камеры, выполненные в виде объемного металлического резонатора в форме прямого эллиптического цилиндра, боковая поверхность которого образована набором отрезков волноводов, прямоугольного поперечного сечения, первые концы которых имеют одинаковые размеры поперечного сечения, и установленные с касанием их узких стенок по прямым, совпадающим с образующими первого эллиптического цилиндра, вторые концы отрезков волноводов прямоугольного поперечного сечения нагружены на короткозамкнутые волноводные секции, выполненные на отрезках волноводов прямоугольного поперечного сечения и в них установлены согласованные нагрузки, и соответственно конструкции выполнения смесительной камеры и электродинамические процессыпротекающие в ней по настоящее время в литературе не описаны. Следовательно, с очевидностью не вытекает из сведений о ранее известных конструкциях смесительных камер, выполненных на основе волновода, когда камера выполнена в виде объемного металлического резонатора в форме прямого эллиптического цилиндра, боковая поверхность которого образована набором отрезков волноводов прямоугольного поперечного сечения, т.е. предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретатльский уровень", так как явным образом не следует из уровня техники.

Сущность изобретения состоит в следующем.

В известное устройство, содержащее следующую совокупность признаков, присущих известному и предлагаемому техническим решениям, а именно: смесительную камеру выполненную в виде объемного металлического резонатора, к которому подключен полупроводниковый СВЧ-диод патронного типа и отрезки линий передачи СВЧ мощности источников сигнала и гетеродина, введена следующая отличительная совокупность признаков, достаточная во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны и признаки характеризующие изобретения в частных случаях, связанных с выполнением короткозамкнутых волноводных секций (пп. 2 4 формулы изобретения).

По п. 1 формулы изобретения смесительная камера в виде объемного металлического резонатора выполнена в форме прямого эллиптического цилиндра, боковая поверхность которого образована набором отрезков водноводов прямоугольного поперечного сечения, первые концы которых имеют одинаковые размеры поперечного сечения, и установленные с касанием их узких стенок по прямым, совпадающим с образующими первого эллиптического цилиндра, вторые концы отрезков водноводов прямоугольного поперечного сечения нагружены на короткозамкнутые волноводные секции выполненные на отрезках волноводов прямоугольного поперечного сечения, и в них установлены согласованныенагрузки, при этом боковая поверхность эллиптического цилиндра для каждой частоты смесительной камеры образована критическими для этой частоты сечениями прямоугольного волновода, минимальный радиус кривизны R₁ первого эллиптического цилиндра больше λ₁= λ_c.max максимальная длина волны рабочего диапазона частот источника сигнала, при условии λ_c>λ_г, или источника гетеродина (при условии λ_г>λ_c), где λ_c длина волны источника сигнала, λ_г длина волны источника гетеродина, а размер широкой стенки набора отрезков волноводов прямоугольного поперечного сечения выбран из условия закритического режима распространения длины волны λ₁, для которой боковая поверхность первого эллиптического цилиндра является отражающей, и условия свободного режима распространения длины волны λ₂ меньшей λ₁, где λ₂= λ_г (при условии λ_c>λ_г) или λ₂= λ_c при условии λ_c<λ_г, плоскости соединения набора отрезков волноводов прямоугольного поперечного сечения с короткозамкнутыми волноводными секциями прямоугольного поперечного сечения расположены по образующей боковой поверхности второго эллиптического цилиндра, минимальный радиус кривизны R₂ которого больше R₁, а размер широкой стенки короткозамкнутых волноводных секций прямоугольного поперечного сечения выбран из условия закритического режима распространения длины волны λ₂, для которой боковая поверхность второго эллиптического цилиндра является отражающей, и условия свободного режима распространения длины волны λ_з, меньшей λ₂, где - зеркальная комбинация длины волны, причем согласованная нагрузка выбрана из условия полного поглощения СВЧ энергии в диапазоне длин волн от λ_з до λ_Σ, где l_Σ= λ_c+λ_г, первые фокусы первой и второй отражающих поверхностей эллиптических цилиндров совмещены и расположены в первом фокусе первого эллиптического цилиндра, в который подключен полупроводниковый СВЧ-диод патронного типа, а вторые ихфокусы лежат в одной плоскости внутри объемного металлического резонатора на большой его оси и в них подключены линия передачи источника сигнала и линия передачи источника гетеродина, соответственно, причем между полупроводниковым СВЧ-диодом и линией передачи источника сигнала и между линией передачи источника сигнала и линией передачи источника гетеродина в плоскости, проходящей через общую большую ось первого и второго эллиптических цилиндров установлены развязывающие элементы.

Технический результат по п. 1 формулы изобретения заключается в уменьшении потерь преобразования и увеличении развязки между линиями передачи источника сигнала и источника гетеродина.

Технический результат по п. 1 формулы изобретения достигается за счет следующей причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков: смесительная камера выполнена в форме прямого эллиптического цилиндра, боковая поверхность которого образована набором отрезков волноводов прямоугольного поперечного сечения и установленные с касанием их узких стенок по прямым совпадающим с образующими первого эллиптического цилиндра, отрезки волноводов нагружены на короткозамкнутые волноводные секции и в них установлены согласованные нагрузки, минимальный радиус кривизны первого эллиптического цилиндра больше максимальной длины волны смесителя, плоскости соединения набора отрезков волноводов с короткозамкнутыми волноводными секциями расположены по образующей боковой поверхности второго эллиптического цилиндра, минимальный радиус кривизны второго эллиптического цилиндра больше минимального радиуса кривизны первого эллиптического цилиндра, первые фокусы первого и второго эллиптических цилиндров совмещены в первом фокусе первого эллиптического цилиндра в который подключен полупроводниковый СВЧ диод патронного типа, во вторые фокусы подключены линии передачи источника сигнала и источника гетеродина соответственно.

Такая совокупность признаков обеспечивает уменьшение потерь преобразования за счет устранения влияния паразитных комбинационных частот, а именно f_з зеркальной комбинационной частоты, 2f_г второй гармоники гетеродина, f_Σ суммарной частоты равной сумме частот гетеродина и сигнала. Эти паразитные комбинационные частоты поглощаются в согласованных нагрузках установленных в волноводных секциях. Линии передачи источника сигнала и источника гетеродина, разнесенные по большой оси первого эллиптического цилиндра, являются развязанными благодаря свойств образованных эллиптических цилиндров с соответствующими отражающими поверхностями.

По п. 2 формулы изобретения: смесительная камера по п. 1, короткозамкнутые волноводные секции прямоугольного поперечного сечения выполнены в виде отрезка однородного волновода.

Технический результат по п. 2 формулы изобретения заключается в уменьшении потерь преобразования и увеличении развязки между линиями передачи источника сигнала и источника гетеродина.

Технический результат по п. 2 формулы изобретения достигается за счет выполнения короткозамкнутых волноводных секций прямоугольного поперечного сечения в виде отрезка однородного волновода, в котором свободно распространяются паразитные комбинационные частоты (зеркальная комбинационная частота, вторая гармоника гетеродина и суммарная частота равная сумме частоты гетеродина и частоты сигнала) и поглощаются в широкополосных согласованных нагрузках, расположенных в волноводных секциях, а подключение линий передачи источника сигнала и источника гетеродина во вторые фокусы эллиптических цилиндров обеспечивает развязку между ними, благодаря свойств геометрической оптики.

По п. 3 формулы изобретения: смеситель СВЧ по п. 1 короткозамкнутые секции прямоугольного поперечного сечения выполнены в виде набора трех последовательно соединенных и ступенчато суживающихся пошироким стенкам в направлении к короткозамкнутому концу отрезков однородных волноводов, при этом размер широкой стенки отрезка прямоугольного волновода третьей степени сужения выбирается из условия распространения длины волны 2λ_г второй гармоники гетеродина и закритического режима для длины волны λ_з, а размер широкой стенки отрезка прямоугольного волновода четвертой ступени сужения выбирается из условия распространения длины волны λ_Σ и закритического режима для длины волны 2λ_г, где λ_Σ= λ_c+λ_г, причем минимальный радиус кривизны R_з третьего эллиптического цилиндра, соответствующего второй ступени сужения больше R₂, а минимальный радиус кривизны эллиптических цилиндров последующих ступеней сужения больше минимальных радиусов кривизны эллиптических цилиндров предыдущих ступеней сужения, при этом во вторые фокусы эллиптических цилиндров, образованных первой, второй и третьей ступенями сужения короткозамкнутых волноводных секций прямоугольного поперечного сечения, лежащие на общей большой оси эллиптических цилиндров установлены согласованные нагрузки.

Технический результат по п. 3 формулы изобретения заключается в уменьшении потерь преобразования и увеличении развязки между линиями передачи источника сигнала и источника гетеродина.

Технический результат по п. 3 формулы изобретения достигается за счет выполнения короткозамкнутых волноводных секций прямоугольного поперечного сечения в виде набора трех последовательно соединенных и ступенчато суживающихся по широким стенкам в направлении к короткозамкнутому концу отрезков однородных волноводов и включения во вторые фокусы эллиптических цилиндров, образованных первой, второй и третьей ступенями сужения, согласованных нагрузок. Комбинационные паразитные частоты, возбуждающиеся на смесительном полупроводниковом диоде СВЧ, распространяются по смесительной камере по законам геометрическойоптики и поступают в каждую короткозамкнутую на конце волноводную секцию. Каждая паразитная комбинационная частота распространяясь свободно в своем отрезке однородного волновода волноводной секции, частично поглощается в расположенной в ней согласованной нагрузке, а не поглощенная энергия отражается от соответствующей для этой частоты отражающей поверхности, определяемой ступенькой сужения. Отраженная электромагнитная энергия проходя вторично по согласованной нагрузке частично еще поглощается, а прошедшая непоглощенная энергия излучается в смесительную камеру и фокусируется в соответствующем для этой частоты втором фокусе, где и поглощается в установленном в нем согласованной нагрузке.

По п. 4 формулы изобретения: смеситель СВЧ по п. 1 формулы изобретения короткозамкнутые волноводные секции прямоугольного поперечного сечения выполнены в виде отрезков неоднородных волноводов клинообразной формы суживающиеся по широким стенкам в направлении короткозамкнутого конца, при этом боковая поверхность эллиптического цилиндра для каждой паразитной комбинационной частоты смесителя СВЧ, является отражающей и образована критическими для этой частоты сечениями прямоугольных волноводов, при этом во вторые фокусы эллиптических цилиндров, лежащие на большой оси первого эллиптического цилиндра, установлена согласованная нагрузка.

Технический результат по п. 4 формулы изобретения заключается в возможности получения пониженной промежуточной частоты в системах с одним преобразованием частоты вниз сохраняя при этом высокий уровень развязки между источниками сигнала и гетеродина.

Технический результат по п. 4 формулы изобретения достигается следующим образом. Разнос частот источников сигнала и гетеродина определяется длиной отрезков неоднородных волноводов клинообразной формы и определяется соотношением /d_ф, где d_фрасстояние между вторыми фокусами первого и второго эллиптических цилиндров соответствующие подключению линий передачи источников сигнала и гетеродина. Для уменьшения разноса частот отрезки неоднородных волноводов выполняют довольно длинными, а также меняя профиль граней широких стенок отрезков неоднородных волноводов можно задавать различную величину разноса частот, обеспечивая при этом высокий уровень развязки между этими частотами.

На фиг. 1 приведена конструкция смесителя СВЧ с короткозамкнутыми волноводными секциями на отрезке однородного волновода; на фиг. 2 сечение конструкции смесителя СВЧ на фиг. 1; на фиг. 3 конструкция смесителя СВЧ с короткозамкнутыми волноводными секциями в виде набора трех последовательно соединенных и ступенчато суживающихся по широким стенкам отрезков однородных, волноводов; на фиг. 4 сечение конструкции смесителя СВЧ фиг. 3; на фиг. 5 - конструкция смесителя СВЧ с короткозамкнутыми волноводными секциями на отрезках неоднородных волноводов клинообразной формы, суживающихся по широким стенкам; на фиг. 6 сечение конструкции смесителя СВЧ фиг. 5.

Смеситель СВЧ содержит смесительную камеру 1, выполненную в виде объемного металлического резонатора 2 в форме прямого эллиптического цилиндра, боковая поверхность 3 которого образована набором отрезков волноводов 4 прямоугольного поперечного сечения, первые концы 5 которых имеют одинаковые размеры поперечного сечения, и установлены с касанием их узких стенок 6 по прямым, совпадающим с образующими первого эллиптического цилиндра 2, вторые концы 7 отрезков волноводов 4 прямоугольного поперечного сечения нагружены на короткозамкнутые волноводные секции 8, выполненные на отрезках однородного волновода прямоугольного поперечного сечения и в них установлены согласованныенагрузки 9. Боковая поверхность 3 эллиптического цилиндра 2 для своей частоты смесительной камеры 1 образована критическими для этой частоты сечениями прямоугольного волновода 4, минимальный радиус кривизны R₁ первого эллиптического цилиндра больше λ₁= λ_c.max максимальная длина волны рабочего диапазона частот источника сигнала, при условии λ_c>λ_г, или источника гетеродина, при условии λ_г>λ_c, где λ_c длина волны источника сигнала, λ_г длина волны источника гетеродина, а размер широкой стенки 10 набора отрезков волноводов 4 прямоугольного поперечного сечения выбран из условия закритического режима распространения длины волны λ₁, для которой боковая поверхность 3 первого эллиптического цилиндра 2 является отражающей, и условия свободного режима распространения длины волны λ₁, меньшей λ₂, где λ₂= λ_г при условии λ_c>λ_г, или λ₂= λ_c/ при условии λ_c< λ_г. Плоскости соединения набора отрезков волноводов 4 прямоугольного поперечного сечения с короткозамкнутыми волноводными секциями 8 прямоугольного поперечного сечения расположены по образующей боковой поверхности 11 второго эллиптического цилиндра 12, минимальный радиус кривизны R₂ которого больше R₁, а размер широкой стенки 10 короткозамкнутых волноводных секций 8 прямоугольного поперечного сечения выбран из условия закритического режима распространения длины волны λ₂, для которой боковая поверхность 11 второго эллиптического цилиндра 12 является отражающей, и условия свободного режима распространения длины волны λ_з меньшей λ₂, где зеркальная комбинация длины волны, причем согласованная нагрузка 9 выбрана из условия полного поглощения СВЧ энергии в диапазоне длин волн от λ_з до λ_Σ, где l_Σ= λ_c+ λ_г.

Первые фокусы первой и второй отражающих поверхностей 3 и 11 эллиптических цилиндров 2 и 12 соответственно, совмещены и расположены в первом фокусе 13 первого эллиптического цилиндра 2, в который подключенполупроводниковый СВЧ-диод 14 патронного типа, а вторые их фокусы 15 и 16 лежат в одной плоскости внутри объемного металлического резонатора 2 на большой его оси 17 и в них подключены линия передачи 18 и 19 источника сигнала и линия передачи источника гетеродина соответственно, причем между полупроводниковым СВЧ-диодом 14 и линией передачи 18 источника сигнала и между линией передачи 18 источника сигнала и линией передачи 19 источника гетеродина в плоскости, проходящей через общую большую ось 17 первого и второго эллиптических цилиндров 2 и 12 соответственно, установлены развязывающие элементы 20.

Короткозамкнутые волноводные секции 8 прямоугольного поперечного (фиг. 3) сечения выполнены в виде набора трех последовательно соединенных и ступенчато суживающихся по широким стенкам 10 в направлении к короткозамкнутому концу отрезков однородных водноводов 8, 21 и 22 соответственно, при этом размер широкой стенки 10 отрезка прямоугольного волновода 21 третьей ступени сужения выбирается из условия распрострарения длины волны 2λ_г второй гармоники сигнала гетеродина и закритического режима для длины волны λ_з, а размер широкой стенки 10 отрезка прямоугольного волновода 22 четвертой ступени сужения выбирается из условия распространения длины волны λ_Σ и закритического режима для длины волны 2λ_г, где λ_Σ= λ_c+ λ_г, причем минимальный радиус кривизны R₃ третьего эллиптического цилиндра 23, соответствующего второй ступени сужения больше R₂, а минимальные радиусы кривизны эллиптических цилинжров последующих ступеней сужения 25, 24 больше минимальных радиусов кривизны эллиптических цилиндров предыдущих ступеней сужения 24, 23 соответственно. Вторые фокусы 26, 27 и 28 эллиптических цилиндров 23, 24 и 25 соответственно, образованных второй и третьей ступенями сужения 26 и 27 соответственно, и короткозамкнутой стенкой 28 короткозамкнутых волноводных секций 8 прямоугольного поперечного сечения, лежащие на общейбольшой оси 17 эллиптического цилиндра 2, установлены согласованные нагрузки 29.

Короткозамкнутые волноводные секции 8 прямоугольного поперечного сечения выполнены в виде отрезков неоднородных волноводов клинообразной формы суживающиеся по широким стенкам 10 в направлении короткозамкнутого конца, при этом боковая поверхность эллиптического цилиндра для каждой частоты смесителя СВЧ f_з, 2f_г и f_Σ образована критическими для этой частоты сечениями прямоугольных волноводов 8.

Смеситель СВЧ работает следующим образом.

CВЧ-энергия от источника сигнала поступает на входную линию передачи 18, а СВЧ-энергия от источника гетеродина поступает на входную линию передачи 19, подключенные в фокусы 15 и 16 первой и второй эллиптических отражающих поверхностей 5 и 12 соответственно, и возбуждает в смесительной камере 1 два электромагнитных колебания одно с частотой сигнала, а другое с частотой гетеродина. Размеры большой и малой осей смесительной камеры 1 выбираются согласно законов геометрической оптики при условии, что кривизна эллиптической поверхности 5 должна быть много больше максимальной длины волны источника сигнала и источника гетеродина, а отрезки волноводов 4 прямоугольного поперечного сечения, образующих боковую поверхность выбраны так, чтобы их поперечное сечение было закритическим для этой максимальной длины волны. Высота смесительной камеры 1 определяется высотой узкой стенки отрезков волноводов 4 прямоугольного поперечного сечения. Возбужденные электромагнитные колебания в смесительной камере 1 распространяются внутри нее по радиальным направлениям и отражаются соответствующей для частоты сигнала и частоты гетеродина боковой поверхностью эллиптического цилиндра 5 или 12. Боковая поверхность 3 первого эллиптического цилиндра 5 является отражающей для частоты сигнала при условии l_c>λ_г и являетсяотражающей для частоты гетеродина при условии λ_г>λ_c, а образующая боковой поверхности 11 второго эллиптического цилиндра 12, образованная плоскостями соединения отрезков волноводов 4 с короткозамкнутыми волноводными секциями 8, соответственно, при этом размер широкой стенки волноводных секций 8 выбран из условия закритического режима распространения этой длины волны. Профиль каждой отражающей эллиптической поверхности 3 и 11 первого и второго эллиптических цилиндров 5 и 12 характеризуется для своей длины волны равными фазами коэффициента отражения (модуль равен единице) и имеет вторую фокальную точку, в которой фокусируются все отраженные электромагнитные колебания частоты сигнала и частоты гетеродина. Этими фокальными точками являются вторые фокусы эллиптических цилиндров 5 и 12. Первые фокусы совмещены и расположены в первом фокусе 13 первого эллиптического цилиндра 5, в который подключен смесительный полупроводниковый СВЧ диод 14. Резонансные типы колебаний и объемные связи между полупроводниковым СВЧ-диодом и линией передачи 18 источника сигнала и между линией передачи 18 источника сигнала и линией передачи 19 источника гетеродина, определяющие развязку ними, подавляются при помощи пластин 20 из поглощающего СВЧ материала, расположенных вдоль общей большой оси 17 первого и второго эллиптических цилиндров 2 и 12.

На смесительном полупроводниковом СВЧ-диоде 14 возбуждаются паразитные комбинационные частоты λ_з зеркальная комбинационная частота, 2λ_г вторая гармоника гетеродина, λ_Σ суммарная частота, которые распространяясь в смесительной камере 1, согласно законов геометрической оптики, поступают в отрезки волноводов 4 и короткозамкнутые волноводные секции 10, в которые установлены широкополосные согласованные нагрузки 9 поглощающего типа. Размер широкой стенки 10 короткозамкнутых однородных волноводных секций 8 прямоугольного поперечного сечения выбран из условия свободного режима распространенияпаразитных комбинационных частот, электромагнитная энергия которых поглощается в согласованных нагрузках 9 и не попадает на линии передачи источника сигнала 18 и источника гетеродина 19, обеспечивая тем самым уменьшение потерь на преобразование сигнала в смесителе СВЧ.

При выполнении короткозамкнутых волноводных секций 8 в виде набора трех последовательно соединенных и ступенчато суживающихся по широким стенкам 10 в направлении к короткозамкнутому концу отрезков однородных волноводов 8, 21 и 22 смеситель СВЧ работает следующим образом. Выбор размера широкой стенки 10 отрезка прямоугольного волновода 21 третьей ступени сужения выбирается из условия распространения длины волны 2λ_г второй гармоники гетеродина и закритического режима для длины волны λ_з зеркальной комбинационной частоты и размера широкой стенки 10 отрезка прямоугольного волновода 22 четвертой короткозамкнутой ступени сужения выбирается из условия распространения длины волны λ_Σ суммарной частоты, а расположение плоскостей соединения ступеней отрезков 8, 21 и 22 суживающихся волноводов осуществляется по образующей боковой поверхности третьего и четвертого эллиптических цилиндров 23 и 24 соответственно, а короткозамкнутые концы по образующей эллиптического цилиндра 25. При этом минимальные радиусы кривизны эллиптических цилиндров последующих ступеней сужения больше минимальных радиусов кривизны предыдущих ступеней сужения. Паразитные комбинационные типы колебаний распространяясь по волноводным секциям 8, 21 и 22 последовательно поглощаются в согласованной нагрузке 9. Непоглощенная СВЧ энергия паразитных комбинационных частот отражается от соответствующей отражающей боковой поверхности эллиптических цилиндров 23, 24, 25, и согласно законов геометрической оптики фокусируются во вторых фокусах 26, 27, 28 этих эллиптических цилиндров лежащих на общей большой оси 17 и разнесенных по этой оси. Во вторые фокусы 26, 27 и 28 установлены согласованные нагрузки 29 поглощающего типа в которых и происходитполное поглощение СВЧ-энергии паразитных комбинационных частот.

При выполнении короткозамкнутых волноводных секций 8 прямоугольного поперечного сечения в виде отрезков неоднородных волноводов клинообразной формы суживающихся по широким стенкам в направлении короткозамкнутого конца смеситель СВЧ работает следующим образом. Для частоты источника гетеродина или сигнала и паразитных комбинационных частот глубина проникновения в отрезки неоднородных волноводов 8 зависит от длины волны, так как далее определенного (критического) поперечного сечения неоднородные отрезки волноводов являются закритическими, образуют профиль эллиптической отражающей поверхности, характеризуемой равными фазами коэффициента отражения, и отражают электромагнитные волны с длиной волны больше критической. Согласованные нагрузки 9, поглощающего типа, установлены в отрезках неоднородных волноводов 8 за критическим сечением частоты источника гетеродина или сигнала, поглощают энергию СВЧ-паразитных комбинационных частот, а не поглощенная энергия отражается и фокусируется, в соответствующем для данной эллиптической отражающей поверхности, втором фокусе 26, 27 и 28, где и поглощается в установленной в них согласованной нагрузке 29. Для повышения эффективности поглощения согласованные нагрузки 29 могут выполняться в виде бруска, охватывающего все фокусы, из поглощающего материала. Понижение промежуточной частоты, т.е. уменьшение разноса частот источника сигнала и источника гетеродина, сохраняя при этом высокий уровень развязки между источниками, определяется следующим соотношением /d_ф и характеризуется разрешающей способностью смесительной камеры. В данном случае разрешающая способность определяется длиной отрезков неоднородных волноводов 8. Поэтому для увеличения разрешающей способности отрезки неоднородных волноводов 8 необходимо выполнять довольно длинными, кроме того меняя профиль граней широких стенок 10 отрезков неоднородных волноводов 8 (в случае необходимости) можно также регулировать величину разрешающей способности. Для уменьшения продольных размеров отрезков неоднородных волноводов 8, при сохранении электрических характеристик, можно заполнять их сверхвысокочастотным диэлектриком.

Развязывающий элемент для подавления резонансных типов колебаний и объемных связей между полупроводниковым СВЧ-диодом 14 и линиями передачи источников сигнала 18 и источника гетеродина 19, определяющий развязку между ними, может выполняться в виде нагруженной щели, прорезанной в основании прямого эллиптического цилиндра на его главной большой оси 17.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к волноводным системам СВЧ, и может найти применение в радиолокационных системах, системах связи и метрологии. Технический результат заключается в уменьшении потерь преобразования, увеличении развязки между линиями передачи источника сигнала и источника гетеродина, получение пониженной промежуточной частоты в системах с одним преобразованием частоты при высоком уровне развязки между источниками сигнала и гетеродина. Смеситель СВЧ содержит смесительную камеру 1 в виде объемного металлического резонатора 2 в форме прямого эллиптического цилиндра, боковая поверхность 3 которого образована набором отрезков волноводов 4 прямоугольного поперечного сечения, установленных с касанием их узких стенок нагруженных на короткозамкнутые волноводные секции 8, выполненные на отрезках однородных волноводов прямоугольного поперечного сечения и в них установлены согласованные нагрузки 9. В первый общий фокус 13 подключен полупроводниковый СВЧ-диод 14 патронного типа, во вторые фокусы 15 и 16 подключены линии передачи 18 и 19 источника сигнала и источника гетеродина соответственно. Между диодом 14 и линией передачи 18 и между линиями передачи 18 и 19 установлены развязывающие элементы 20. 3 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Смеситель СВЧ, содержащий смесительную камеру, выполненную в виде объемного металлического резонатора, к которой подключены полупроводниковый СВЧ-диод смесительного типа и отрезки линий передачи СВЧ-энергии источника сигнала и источника гетеродина, отличающийся тем, что объемный металлический резонатор выполнен в форме прямого эллиптического цилиндра, боковая поверхность которого образована набором отрезков волноводов прямоугольного поперечного сечения, первые концы которых имеют одинаковые размеры поперечного сечения и установлены с касанием их узких стенок по прямым, совпадающим с образующими прямого эллиптического цилиндра, вторые концы отрезков волноводов прямоугольного поперечного сечения нагружены на короткозамкнутые волноводные секции и в них установлены согласованные нагрузки, при этом размер широких стенок набора отрезков волноводов прямоугольного поперечного сечения выбран из условия закритического режима распространения для или для λ_г при λ_c<λ_г, где максимальная длина волны рабочего диапазона частот источника сигнала, λ_c длина волны источника сигнала, λ_г длина волны источника гетеродина, причем минимальный радиус кривизны R₁ объемного металлического резонатора выбран из условия или R₁>λ_г при λ_c<λ_г, плоскости соединения набора отрезков волноводов прямоугольного поперечного сечения с короткозамкнутыми волноводами секциями прямоугольного поперечного сечения расположены по боковой поверхности второго эллиптического цилиндра, минимальный радиус кривизны R₂ которого больше R₁, а размер широких стенок короткозамкнутых волноводных секций пррямоугольного поперечного сечения выбран из условия закритического режима распространения λ_г при λ_c>λ_г или для λ_c при λ_c<λ_г, и условия распространения λ_з причем согласованная нагрузка выбрана из условия полного поглощения СВЧ-энергии в диапазоне λ_з-λ_Σ, где , первые фокусы объемного металлического резонатора и второго эллиптического цилиндра совмещены и в нем размещен полупроводниковый СВЧ-диод смесительного типа, а второй фокус второго эллиптического цилиндра лежит на большой оси объемного металлического резонатора и во вторых фокусах размещены линии передачи источника сигнала и линия передачи источника гетеродина соответственно, причем между полупроводниковым СВЧ-диодом смесительного типа и линией передачи источника сигнала и между линией передачи источника сигнала и линией передачи источника гетеродина в плоскости, проходящей через общую большую ось объемного металлического резонатора, установлены развязывающие элементы. 2. Смеситель СВЧ по п.1, отличающийся тем, что короткозамкнутые волноводные секции прямоугольного поперечного сечения выполнены в виде отрезков однородного волновода. 3. Смеситель СВЧ по п.1, отличающийся тем, что каждая короткозамкнутая волноводная секция прямоугольного поперечного сечения выполнена в виде трех последовательно расположенных и ступенчато суживающихся по широким стенкам в направлении к короткозамкнутому концу волноводов, при этом размер широкой стенки волновода второй ступени выбран из условия распространения длины волны 2λ_г и закритического режима для длины волны λ_з, а размер широкой стенки волновода третьей ступени сужения выбран из условия распространения длины волны λ_Σ и закритического режима для длины волны 2λ_г причем минимальный радиус кривизны R₃ третьего эллиптического цилиндра, соответствующего первой ступени сужения, больше R₂, минимальные радиусы кривизны эллиптических цилиндров, образованных последующими ступенями, больше минимальных радиусов кривизны эллиптических цилиндров, образованных предыдущими ступенями, при этом вторые фокусы эллиптических цилиндров, образованных первой и второй ступенями и короткозамкнутыми стенками короткозамкнутых волноводных секций прямоугольного поперечного сечения, лежат на большой оси объемного металлического резонатора и в них установлены согласованные нагрузки. 4. Смеситель СВЧ по п.1, отличающийся тем, что каждая короткозамкнутая волноводная секция прямоугольного поперечного сечения выполнена в виде отрезка неоднородного волновода клинообразной формы, суживающегося по широким стенкам в направлении короткозамкнутого конца, при этом отрезок неоднородного волновода клинообразной формы имеет сечения, критические для длин волн образующие соответствующие эллиптические цилиндры.