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

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в измерительных устройствах и системах автоматической подстройки частоты СВЧ-диапазона радиоволн.

Известен балансный фазовый детектор СВЧ, содержащий двойной волноводный тройник, в двух плечах которого размещены детекторные диоды, подключенные через фильтры частот к входам дифференциального усилителя иП.

Однако указанное устройство имеет ограниченный диапазон рабочих частот.

Известен также балансный фазовьй детектор СВЧ, содержащий квазиоптический резонатор, образованный цилиндрическим корпусом, внутренняя поверхность которого покрыта слоем поглощающего материала, первь1м и вторым зеркалами, направленными своими вогнутыми поверхностями одно к другому и установленными перпендикулярно образующей цилиндрического корпуса на его торцах, первый входной элемент связи, выполненный в виде прямоугольной щели в центре первого зеркала, второй входной злемент связи, выходные элементы связи, выполненные в виде первой и второй щелей, с которыми связаны детекторные диоды, сойдиненные через фильтры нижних частот с. входами дифференциального усилителя U.

Недостатком известного устройства

является высокая чувствительность к изменениям уровня мощности входньк сигналов, а также сложность конструкции.

Цель изобретения - уменьшение чувствительности к изменениям уровня мощности входных сигналов при одновременном упрощении конструкции.

Для достижения цели в балансный фазовьй детектор СВЧ, содержащий квазиоптический резонатор, образованный цилиндрическим корпусом, внутренняя поверхность которого покрыта слоем поглощающего материала, первым и вторым зеркалами, направленными своими вогнутыми поверхностями друг к другу и установленными перпендикулярно образующей цилиндрического корпуса на его торцах, первый входной элемент связи, вьтолненньш в виде прямоугольной щели в центре первого зеркала, второй входной элемент связи, выходные элементы,связи, выполненные в виде первой и второй телей, с которыми связаны детекторные диоды, соединенные через фильтры нижних частот с входами дифференциа:пьного усилителя, дополнительно введена диафрагма, вьшолненная из полупрозрачного для электромагнитных волн материала и размещенная внутри 1шлиндрического корпуса в средней части квазиоптического резонатора под 45° к образующей цилиндрического корпуса, причем оси диафрагмы расположены на пересечениях взаимно ортогональных плоскостей симметрии квазиоптического резонатора, проходящих параллельно сторонам прямоугольной щели первого входного элемента связи, с плоскостью диафрагмы, второй входной элемент связи расположен в центре второго зеркала и выполнен в виде прямоугольной щели, поперечное сечение которой перпендикулярно поперечному сечению прямоугольной щели первого входного элемента связи, а первая и вторая щели размещены в цилиндрическом корпусе, при этом центры их поперечного сечения расположены на диаметрально противоположных образующих цилиндрического корпуса в точках, соответствующих проекциям центра диафрагмы на цилиндрический корпус в плоскости симметрии квазиоптического резонатора, проходящей через большую ось диафрагмы, а оси поперечных сечений первой и второй щелей ориентированы ортогонально одна другой и под углами 45 и 135 соответственно к плоскости симметрии квазиоптического резонатора, проходящей через большую ось диафрагмы.

На фиг.1 представлен балансный фазовый детектор СВЧ, на фиг.2 - то же, структурная схема на.фиг.3 и 4 векторные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Балансньй фазовьш детектор СВЧ Содержит квазиоптический резонатор, образованный цилиндрическим корпусом 1, первым и вторым зеркалами 2 и 3, первьй и второй входные элементы 4 и 5 связи. Первое зеркало 2 закреплено в цилиндрическом корпусе 1 неподвижно, а второе зеркало 3 может перемещаться при настройке по пазам 6 и фиксироваться стопорными винтами 7. В средней части квазиоптического резонатора размещена диафрагма 8, например, из полиэтилена. Внутренняя поверхность цилиндрического корпуса покрыта слоем поглощающего материала 9, например углеродистой резины. В цилиндрическом корпусе 1 расположены первая и вторая щели 10 и 11, Детекторные диоды 12 и 13 (фиг.2) связаны с первой и второй щелями 10 11 и через фильтры 14 и 15 нижних частот подключены к входам дифференциального усилителя (не показано). Балансный фазовый детектор СВЧ работает, следующим образом. Опорный сигнал с частотой Го чере первый входной элемент 4 связи возбуждает в квазиоптическом резонаторе поле с вертикальной поляризацией век тора напряженности электрического поля. Падакнцая волна поля от опорного сигнала достигает диафрагмы 8, представляющей собой ответвитель мощ ности, проходит через нее и, частично отражаясь, распространяется в вертикальном направлении, изменив пр этом плоскость поляризации на горизонтальную. Достигнув первой щели 10 она вызывает в детекторном диоде 12 протекание тока, пропорционального величине проекции вектора этого поля на направление, перпендикулярное про дольной оси поперечного сечения первой щели 10. Волна поля, прошедшая диафрагму 8, достигает поверхности второго зеркала 3 и отражается от него. Достигая вновь диафрагмы 8,она снова проходит через нее и частично отражается в вертикальном направлени в сторону второй щели 11, изменив при этом плоскость поляризации на го ризонтальную. Достигнув второй щели 11, она вызьшает протекание через детекторный диод 13 тока, пропорционального величине проекции вектора этого поля на направление, перпендикулярное продольной оси поперечного сечения второй щели 11. Коэффициент ответвления мощности диафрагмой 8 определяется ее толщине и пгибпрпстся из условия равенства токов, протсканицих через детекторные диоды 12 т 1J в установившемся режиме при подключении квазиоптического резонатора только к источнику опорного сигнала. Аналогичные процессы происходят в устройстве при подключении его только к источнику сравниваемого сигнала . При воздействии на квазиоптический резонатор одновременно опорного и сравниваемого сигналов результирукяций эффект находится как эффект ,от воздействия на каждый из детекторных диодов 12 и 13 суммарного поля в области соответствующей щели 10 и 11, а оно зависит от разности фаз сравниваемого и опорного сигналов. Необходимые построения для конкретных значений разности фаз представлены векторными диаграммами на фиг.З, где принято /Ё., а центры первой и второй щелей 10 и 11 условно совмещены. Из векторных диаграмм на фиг.З следует, что в данном устройстве действительно формируется диcкpи шнaциoннaя характеристика, соответствукяцая фазовому Д1}скриминатору. Устройство малоч.увствительно к изменениям мощности входных сигналов, что подтверждается векторными раммами на фиг.4 для случая изменения амплитуды сравниваемого сигнала в 2 раза при неизменных остальных условиях, принятых при построениях на фиг.3. Предлагаемое устройство позволяет значительно повысить быстродействие, устойчивость и надежность работы систем фазовой автоподстройки частоты в моллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн.

Ф«г.1

БАЛАНСНЫЙ ФАЗОВЬЙ ДЕТЕКТОР СВЧ, содержащий квазиоптический резонатор, образованный цилиндрическим корпусом, внутренняя поверхность которого покрыта слоем поглощающего материала, первым и вторым зеркалами, направленными своими вогнутыми поверхностями друг .к другу и установленными перпендикулярно образующей цилиндрического корпуса на его торцах, первый входной элемент связи, вьтолненный в виде прямоугольной щели в центре первого зеркала, второй входной элемент связи, выходные элементы связи, вьтолненные в виде первой и второй щелей, с которыми связаны детекторные диоды, соединенные через фильтры нижних частот с входами диф-ференциальног.о,усилителя, о т л и чающийся тем, что, с целью уменьшения чувствительности к изменениям уровня мощности входных сигналов при одновременном упрощении конструкции, в него дополнительно введена диафрагма, вьшолненная из полупрозрачного для электромагнитных волн материала и размещенная внутри цилиндрического корпуса в средней части квазиоптического резонатора под углом 45° к образующей цилиндрического корпуса, причем оси диафрагмы расположены на пересечениях взаимно ортогональных .плоскостей симметрии квазиг оптического резонатора, проходящих параллельно сторонам прямоугольной щели первого входного элемента связи, с плоскостью диафрагмы, второй входной элемент связи расположен в центре второго зеркала и вьтолнен в виде 9 прямоугольной щели, поперечное сечение которойперпендикулярно поперечному сечению прямоугольной щели первого входного элемента связи, а первая и вторая щели размещены в цилиндрическом корпусе, при этом центры их поперечного сечения распсрложены на диаметрально противоположных образующих цилиндрического корпуса в точках, соответствующих проекциям центра диСО афрагмы на цилиндрический корпус в Юо плоскости симметрии квазиоптического ч1 резонатора, проходящей через большую ось диафрагмы, а оси поперечных сечений первой и второй щелей ориентированы ортогонально одна другой и под углами 45и 135° соответственно к плоскости симметрии квазиоптического резонатора, проходящей через большую ось диафрагмы.

/

1

п

/3

сигнала

/5

|К

Фиг2

fW

Фиг.Ь .

no

((7« // Ю

Ф«гЛ