Волноводный детектор миллиметрового диапазона длин волн Российский патент 2019 года по МПК H01P7/06 H01P3/00 

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано при создании приемных волноводных СВЧ-детекторов - миллиметрового диапазона с повышенной стойкостью к внешним воздействующим факторам.

Для детектирования миллиметрового и террагерцового электромагнитного излучения используются детекторы с точечным контактом, состоящие из приемного элемента - контакта между металлической иглой и поверхностью полупроводника, размещенного в волноводе с металлическим замыкателем, так чтобы взаимодействие его с полем было максимальным [Техника субмиллиметровых волн. Под ред. Р.А. Валитова. - М.: Советское радио, 1969, 480 с, с. 123-158], например диод кремниевый точечный типа Д-407, ТУ 3.360.033, предназначенный для работы в преобразователях частоты СВЧ-диапазона.

Недостатком обычных точечных диодов является их невысокая чувствительность, обусловленная не эффективностью взаимодействия приемного элемента с электромагнитным полем в волноводном тракте.

Известен детектор СВЧ, содержащий прямоугольный питающий волновод с короткозамыкателем на одном из его торцевых концов, внутри волновода перпендикулярно к широким стенкам установлен детекторный СВЧ-диод. Обеспечивается значительное повышение чувствительности детектора СВЧ и актуальное расширение приборного арсенала современных СВЧ-приемников. (см патент РФ №2457588, от 4.05.2011 г. МПК HO1P 7/06)

Наиболее близким известным техническим решением является волноводный детектор миллиметрового диапазона длин волн, (см. патент РФ на полезную модель №169302 от 14.09.2016 г., МПК G01J 1/02, Н01Р 7/06), состоящий из прямоугольного волновода с короткозамыкателем на одном из его торцевых концов и расположенного внутри волновода перпендикулярно к широким стенкам детекторного СВЧ-диода. На конце волновода, противоположного короткозамыкателю, установлена диэлектрическая частица, формирующая фотонную струю при падении на нее электромагнитного излучения и облучающая СВЧ-диод.

Технический результат заключается в повышении чувствительности детектора.

Повышение чувствительности волноводного детектора миллиметрового и терагерцового диапазонов длин волн достигается за счет более эффективного взаимодействия электромагнитного поля в волноводе с детекторным СВЧ диодом. Это достигается за счет локализации электромагнитного поля в поперечном размере порядка λ/3 и длиной (3-4) λ,.

Недостатком перечисленных детекторов является их низкая устойчивость к внешним воздействующим факторам, в частности к механическим нагрузкам и работа в закрытом волноводном тракте.

Предложенное техническое решение направлено на создание детектора миллиметровых волн, устойчивого к действию механических нагрузок и способному работать на открытый тракт.

Для реализации поставленной задачи в волноводный детектор миллиметрового диапазона, содержащем основной волновод с короткозамыкателем на его торцевом конце, детекторный СВЧ-диод, расположенный внутри волновода перпендикулярно оси волновода, на входе основного волновода установлена антенна, выполненная в виде отрезка волноводного тракта в форме цилиндрической полости, в которую вставлен диэлектрик из сапфира, основной волновод также заполнен диэлектриком, детекторный СВЧ диод размещен на диэлектрической подложке, вставленной в короткозамкнутый четвертьволновый отрезок волновода с диэлектрическим заполнением, выход детекторного диода через усилитель выведен к потребителю, при этом весь волноводный детектор вставлен в металлический корпус.

При этом основной волновод, СВЧ диод с короткозамыкателем могут быть размещены в металлической трубке, вставленной в корпус.

Изобретение поясняется чертежом, где показан волноводный детектор миллиметрового диапазона длин волн

Описываемый волноводный детектор миллиметрового диапазона состоит из антенны 1, выполненной в виде цилиндрической полости, в которую вставлен диэлектрик из сапфира, основного волновода 2, заполненного также диэлектриком, СВЧ-диода 3, помещенного в короткозамкнутый четвертьволновый отрезок волновода 4, заполненного диэлектриком, выполняющего роль короткозамыкателя. Выход диода 3 с через усилитель 5 выведен к потребителю. Конструкция помещена в корпус 6.

Принцип работы детектора состоит в следующем. Падающий поток мощности электромагнитного излучения СВЧ диапазона попадает на антенну 1, которая выполнена в виде цилиндрической полости, в которую вставлен диэлектрический цилиндр из сапфира, Сапфировая вставка выполняет две функции: обеспечивает формирование требуемой диаграммы направленности в миллиметровом диапазоне волн и защищает внутренние полости детектора от действия механических нагрузок и температуры. Основной волновод 2 выполнен также с внутренним заполнением диэлектриком, который обеспечивает согласование с антенной и механическую прочность детекторного диода. Собственно детекторный СВЧ-диод 3 размещается на диэлектрической подложке, вставленной в четвертьволновый отрезок волновода 4. Такое расположение обеспечивает максимальное значение напряженности электрического поля в плоскости включения диода. Продетектированный СВЧ-диодом 3 сигнал поступает через согласованный усилитель 5 к потребителю, который определяет дальнейший способ обработки сигнала: либо в аналоговой форме, либо цифровой форме в цепях управления - применительно к различным задачам использования детектора.

При этом для технологичности сборки волноводного детектора в целом, основной волновод 2, СВЧ диод 3 с короткозамыкателем 4 размещают в металлическую трубку, и как единое целое вставляют в корпус 6.

Таким образом, описываемый детектор может использоваться в случаях увеличения прочности при воздействии ударных, вибрационных и температурных нагрузок.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано при создании приемных волноводных СВЧ-детекторов миллиметрового диапазона с повышенной стойкостью к внешним воздействующим факторам. Сущность заявленного решения заключается в том, что в волноводный детектор миллиметрового диапазона, содержащий основной волновод с короткозамыкателем на его торцевом конце, детекторный СВЧ-диод, расположенный внутри волновода перпендикулярно к оси волновода, на входе установлена антенна, выполненная в виде отрезка волноводного тракта в форме цилиндрической полости, в которую вставлен диэлектрик из сапфира, основной волновод также заполнен диэлектриком, детекторный СВЧ-диод размещен на диэлектрической подложке, вставленной в четвертьволновый отрезок волновода-короткозамыкателя, выход детекторного диода через усилитель выведен к потребителю, при этом весь волноводный детектор вставлен в металлический корпус. Для удобства и технологичности сборки волноводного детектора основной волновод, СВЧ диод с короткозамыкателем размещены в металлической трубке, вставленной в корпус. Техническим результатом при реализации заявленного решения является создание детектора миллиметровых волн, устойчивого к действию механических нагрузок и способного работать на открытый тракт. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Волноводный детектор миллиметрового диапазона, содержащий основной волновод с короткозамыкателем на его торцевом конце, детекторный СВЧ-диод, расположенный внутри волновода перпендикулярно оси волновода, отличающийся тем, что на входе основного волновода установлена антенна, выполненная в виде отрезка волноводного тракта в форме цилиндрической полости, в которую вставлен диэлектрик из сапфира, основной волновод также заполнен диэлектриком, детекторный СВЧ-диод размещен на диэлектрической подложке, вставленной в короткозамкнутый четвертьволновый отрезок волновода с диэлектрическим заполнением, выход детекторного СВЧ-диода через усилитель выведен к потребителю, при этом весь волноводный детектор вставлен в металлический корпус.

2. Волноводный детектор по п. 1, отличающийся тем, что основной волновод, СВЧ-диод с короткозамыкателем размещены в металлической трубке, вставленной в корпус.