Балансный фазовый детектор СВЧ Советский патент 1984 года по МПК H03D9/04 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в сис темах автоматической подстройки частоты СВЧ диапазона радиоволн. Известен балансный фазовый детектор СВЧ, содержащий двойной волновод ный тройник, в двух плечах которого размещены детекторные диоды, подключенные через фильтры нижних частот к входам дифференциального усилителя СПОднако данное устройство имеет ог раниченный диапазон рабочих частот. Известен также балансный фазовый детектор СВЧ, содержащий первый квазиоптический резонатор, образованный цилиндрическим корпусом, внутренняя поверхность которого покрыта слоем поглощающего материала, первым и вто рым зеркалами, направленными своими вогнутыми поверхностями друг к другу и установленными перпендикулярно образующей цилиндрического корпуса на его торцах, входной элемент связи первого квазиоптического резонатора, расположенный в центре первого зеркала, выходной элемент связи первого квазиоптического резонатора, размещенный во втором зеркале, первый детекторный диод, связанный с выходным элементом связи первого ква зиоптического р.езонатора и первьй фильтр нижних частот, подклшченньй к первому детекторному диоду С 21. Недостатками известного устройств являются невысокая линейность и крутизна дискриминационной характеристи ки, а также недостаточная стабильность положения переходной частоты дискриминационной характеристики, чт обусловлено формированием ее с помощью компенсирующего источника. Цель изобретения - увеличение линейности и крутизны дискриминационно характеристики и повышение стабильности ее переходной частоты. Цель достигается тем, что в балан сный фазовьй детектор СВЧ, содержащи первый квазиоптический резонатор, образованный 1шлиндрическим корпусом внутренняя поверхность которого покрыта слоем поглощающего материала, первым и вторым зеркалами, направлен ными своими вогнутыми поверхностями друг к другу и установленными перпен дикулярно образующей цилиндрического корпуса на его торцах,первый входно элемент связи, расположенньпЧ в центр первого зеркала, первый выходной эле-. мент связи, размещенный во втором зеркале, первый детекторный диод, связанный с первым выходным элементом связи и подключенный к первому фильтру нижних частот, дополнительно введены второй квазиоптический резонатор, идентичный первому квазиоптическому резонатору и размещенный соосно с ним, вторые входной и выходной элементы связи, размещенные соответственно на первом и втором зеркалах второго квазиоптического резонатора, второй детекторный диод, подключенный к второму фильтру нижних частот, и диффёренциальньй усилитель, при этом нерабочие поверхности вторых зеркал совмещены, центры первого и второго входных и выходных элементов связи расположены в одной плоскости, первьй и второй выходные элементы связи выполнены в виде идентичных сквозных щелей, смещенных от центра вторых зеркал на расстояния 0,25-0,35 радиуса их апертуры, второй входной элемент связи смещен от центра первого зеркала второго квазиоптического резонатора на расстояние 0,25-0,35 радиуса его апертуры, на вогнутой поверхности второго зеркала второго квазиоптического резонатора нанесена полоса из поглощающего материала, которая ориентирована вдоль диаметра апертуры второго зеркала, перпендикулярного плоскости, в которой расположены центры первого и второго входных и выходных элементов связи, первьй и второй детекторные диоды включены в серединах поперечного сечения ,сквозных щелей, а выходы перйого и второго фильтров нижних частот подключены к входам дифференирального усилителя. На фиг.1 представлена конструкция балансного фазового детектора СВЧ; на фиг.2 (а,б) - соответственно конструкция вторых зеркал и распределение полей на апертурах вторых зеркал. Балансный фазоньй детектор СВЧ содержит первый 1 и второй 2 квазиоптические резонаторы, образованные цилиндрическим i opnycoM 3 и соответственно первым 4 и вторым 5 зеркалами первого квазиоптического резонатора 1 и первым 6 и вторым 7 зеркалами второго квазиоптического резонатора 2. Внутренняя поверхность далиндрического корпуса 3 покрыта слоем поглотающего материала 8, например, углеродистой резины. Первые зеркала 4 и 6 имеют первый 9 и второй 10 входные элементы связи, а вторые зеркала 5 и 7 имеют первый 11 и второй

Г2 вьпсодные элементы связи, вьтолненные в виде идентичных сквозных щелей. Первое зеркало 6 закреплено в цилиндрическом корпусе 3 неподвижно, а первое зеркало 4 и вторые зеркала 5 и 7 могут перемещаться при первоначальной настройке по пазам 13 и 14 и фиксироваться стопорными винтами 15 и 16.

Во вторых зеркалах 5 и 7 (фиг.2,а) расположены первый и второй детекторный диоды, состоящие из кристаллов полупроводника. 17, закрепленных в кристаллодержателях 18, прижимных игл

19с иглодержателями 20, торцы которых покрыты слоем изоляции 21, например, эпоксидной смолы. Иглодержатели

20с помощью винтов 22 могут перемещаться во втулках 23, изолированных пластмассовьи-ш вставками 24. Иглодержатели 20 через втулки 22 электрически соединены с изолированными проводниками 25, которые подключают первый и второй детекторные диоды соответственно к первому и второму фильтрам нижних частот (не показаны), выходы которых подключены к входам дифференциального усилителя (не показан) . На вогнутую поверхность второго зеркала наклеена полоса 26 поглощающего материала.

Балансный фазовый детектор СВЧ работает следующим образом.

Опорный сигнал через первый входной элемент 9 связи возбуждает первый квазиоптический резонатор 1 на типе колебаний , а сравниваемый сигнал через второй входной элемент 10 связи возбуждает второй квазйоптический резонатор 2. Расположение второго входного элемента связи 10 соответствует пучности колебаний типа ТЕМ/оп и относительному уровню -г0,7 колебаний типа TEMooQ. Полоса 26 поглощающего материала находится в пучности колебаний типа ТЕМооа и в узле колебаний типа ТЕМ , что приводит к затуханию в квазиоптическом резонаторе 2 колебаний типа ТЕМооа

и обеспечивает устомчипос Г(о-з0уж;и. пне колебаний типа THM., . В ьояе:чном итоге на апертуре второго зеркала 5 первого квазиоптичсского рсчонатора 1 устанавливается распределение поля, соответствующее типу колебаний ТЕМдоо , а на апертуре второго зеркала 7 второго квазиоптического резонатора 2 устанавливается распределение поля, соответствующее типу колебаний ТЕМ,р„ (фиг. 26). Благодаря расположению центров первого и второго входных 9 и 10 и выходных 11 и 12 элементов связи в одной плоскости достигается единая поляризация колебаний в -первом и втором квазноптических резонаторах 1 и 2. При этом просачивание излучения через выходные элементы 11 и 12 связи из первого квазиоптического резонатора 1 во второй ква иоптический резонатор 2 не вызывает взаимного влияния, так как возбуткденным типам колебаний ТЕМдд- и соответствует разные расстояния между первыми и вторыми зеркалами (4 и 5) и (6 и 7) в первом 1 и втором 2 квазиоптических резонаторах.

Первый и второй детекторные диоды находятся под одновременным воздействием полей колебаний типа ТЕМ и ТЕМ ада . При этом благодаря симмет-. ричности расположения первого и второго детекторных диодов относительно центра вторых зеркал 5 и 7 результирующее поле, воздействующее на первьй детекторный диод, равно сумме полей колебаний типа ТЕМ и , а на второй детекторный диод - разности полей этих колебаний.

Следовательно, эквивалентная схема предлагаемого устройства приводится, к схеме балансного фазового детектора и напряжение на выходе дифференциального усилителя пропорционально косинусу разности фаз опорного и сравниваемого гармонических колебаний.

Предлагаемое устройство позволяет значительно повысить быстродействие, устойчивость и надежность работы систем фазовой автоподстройки частоты в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн.

r-nlr U

,: ,, : -У/ Л.-У/7//уУ////,

Ш KtlrSi k Mif iШШfl

I Ц «II ii .j yiirfi h u4 fc4 «fcrfrii rfi tf j iii/« li tf

1у уу;вду ВДта У9|уу;

/, 9/У/ /уУ//у /у /уЖ

БАЛАНСНЫЙ ФАЗОВЫЙ ДЕТЕКТОР СВЧ, содержащий первый квазиоптический резонатор, образованньй цилиндрическим корпусом, внутренняя поверхность которого покрыта слоем поглощанлдего материала, первым и вторым зеркалами, направленными своими вогнуты.ми поверхностями друг к другу и установленными перпендикулярно образующей цилиндрического корпуса на его торцах, первьй входной элемент связи, расположенный в центре первого зеркала, -первый выходной элемент связи, размещенный во втором зеркале, первьм детекторный диод, связанный с первым выходным элементом связи и подключенный к первому фильтру нижних частот, отличающий ся тем, что, с целью увеличения линейности и крутизны дискриминационной характеристики и повьшения стабильности ее переходной частоты,, в него дополнительно введены второй квазиоптический резонатор, 1здентичный первому квазиоптическому резонатору и размещенный соосно с ним, вторые входной и выходной элементы связи, размещенные соответствентю на первом и втором зеркалах второго квазиоптического резонатора, второй детекторный диод, подключенный к второму фильтру нижних частот, и диф(})еренциальный усилитель, при этом нерабочие поверхности вторых зеркал совмещены, центры первого и второго входных и выходных элементов связи расположены в одной плоскости, первый и второй выходные элементы связи выполнены в i виде идентичных сквозных щелей, смещенных от центра вторых зеркал на (Л расстояния 0,25-0,35 радиуса нх апертуры, второй входной элемент связи смещен от центра первого зеркала второго квазиоптического резонатора на расстояние 0,25-0,35 радиуса его апертуры, на вогнутой поверхности второго зеркала второго киазиоптического резонатора нанесена полоса из ;о поглощающего материала, которая ориэо ентирована вдоль диаметра апертуры 05 00 второго зеркала, перпендикулярного плоскости, в которой расположен) центры первого и второго входных и Btiiходных элементов связи, первый и второй детекторные диоды включены о серединах поперечного сечения сквозных щелей, а выходы первого и второго фильтров нижних частот подключены к входам дифференциального усилителя.