Преобразователь частоты (его варианты) Советский патент 1985 года по МПК H01P1/18 

2. Преобразователь частоты, содер жащий входной и выходной узлы и первую вращающуюся дифракционную решетку, отличающийся тем, что, с целью уменьшения амгши-тудной модуляции выходного сигнала и уменьшения потерь, входной и выходной узлы выполнены в виде двух параллельных отрезков диэлектрического волновода, расположенных на расстоянии (5-10) один от другого, а также введена вторая вращающаяся дифракционная решетка, при этом первая и вторая вращающиеся дифракционные решетки установлены диаметрально про тивоположно по обе стороны от двух параллельных отрезков диэлектрического волновода на расстояниях не более Лд /2 от соответствующих отрезков диэлектрического волновода, а их период 2 определяется из следующего выражения: д 1 4 , Л - длина волны в диэлектрическом волноводе; Уф - фазовая скорость волны в диэлектрическом волноводе , С - скорость света в свободном пространстве, причем каждая из вращающихся дифракционных решеток выполнена в виде продольных канавок прямоугольного сечения на боковой поверхности металлического цилиндра, ось которого перпендикулярна оси соответствующего отрезка диэлектрического волновода. 3. Преобразователь по п.1, о т личающийся тем, что направление вращения второй вращающейся дифракционной решетки совпадает с направлением тэашения первой вращающейся дифракционной решетки.

1. Преобразователь-, частоты, содержащий входной и выходной узлы, вращающуюся дифракционную решетку, отличающийся тем, что, с целью уменьшения амплитуды модуляции выходного сигнала и уменьшения потерь, входной и выходной узлы выполнены в виде направленного ответвителя на диэлектрических волноводах, к выходу основного плеча которого подсоединен дополнительньй отрезок диэлектрического волновода, вращающаяся дифракционная решетка размещена на расстоянии не более Дц/2 от дополнительного отрезка диэлектрического волновода а период вращающейся дифракционной решетки равен Лц /2 , где АЗ длина волны в диэлектрическом волноводе, при этом вращающаяся дифракционная решетка выполнена в виде продольных канавок (Л прямоугольного сечения на боковой поверхности металлического цилиндра, ось которого перпендикулярна оси дополнительного отрезка диэлектрического волновода. Л г . ,г ОР ел ю со 4ik

Изобретение относится к технике миллиметрового диапазона, а именно к преобразователям частоты на основ эффекта Допплера, и может найти.при менение для формирования опорного, сдвинутого по частоте сигнала при фазовых измерениях на миллиметровых волнах, а также для калибровки приемников допплеровских радиолокационных станций. Известен преобразователь частоты содержащий параллелепипед и ультразвуковой излучатель на одной из его граней, который формирует в объеме диэлектрика движущуюся дифракционную решетку в виде бегущей ультразвуковой волны D3 Недостатком известного преобразователя частоты является невозможность использования его в миллиметровом диапазоне волн. Наиболее близким техническим решением к изобретению является преобразователь частоты, содержащий входной и выходной узлы и вращающуюся дифракционную решетку 2 . Недостатками известного устройст являются большая амплитудная модуля и большие поция выходного сигнала терн. Цель изобретения - уменьшение амплитудной модуляции . выходного сигнала и уменьшение потерь. Указанная цель достигается тем, что согласно первому варианту в преобразователе частоты, содержащем входной и выходной узлы и вращающуюся дифракционную решетку, входной и выходной узлы вьшолнены в виде направленного ответвителя на диэлектрических волноводах, к выходу основного плеча которого подсоединен дополнительный отрезок диэлектрического волновода, вращающаяся дифракционная решетка размещена на расстоянии не более Ag/2 от дополнительного отрезка диэлектрического волновода, а период вращающейся дифракционной решетки равен lg/2 где Д„ - длина волны в диэлектрическом волноводе, при этом вращающаяся дифракционная решетка выполнена в виде продольных канавок прямоугольного сечения на боковой поверхности металлического цилиндра, ось которого пер3пендикулярна оси дополнительного от резка диэлектрического волновода. Согласно второму варианту в преобразователе частоты, содержащем входной и выходной узлы и первую вр щающуюся дифракционную решетку, вход ной и выходной узлы вьтолнены в вид двух параллельных отрезков диэлектрического волновода, расположенных на расстоянии (5-10)АВ один от дру гого, а также введена вторая вращаю щаяся дифракционная решетка, при этом первая и вторая вращающиеся дифракционные решетки установлены диаметрально противоположно по обе стороны от двух параллельных отрезков диэлектрического волновода на расстояниях не более Ад/2 от соответствующих отрезков диэлектрического волновода, а их период Р определяется из следующего выражения: , где и -- , Tig - длина волны в диэлектри ческом волноводеj Уф - фазовая скорость волны в диэлектрическом волно воде; С - скорость света в свобод ном пространстве, причем каждая из вращающихся дифрак ционных решеток выполнена в вид.е пр дольных канавок прямоугольного сече ния, на боковой поверхности металлического цилиндра, ,ось которого перпендикулярна оси соответствующег отрезка диэлектрического волновода. При этом направление вращения вт рой вращающейся дифракционной решет совпадает с направлением вращения первой вращающейся дифракционной решетки. На фиг. 1 приведена конструкция преобразователя частоты; на фиг. 2 то же, вариант; на фиг. 3 - констру ция преобразователя частоты с второй вращающейся дифракционной решет кой; на фиг. 4 - конструкция вращающейся дифракционной решетки в виде цилиндра с винтовой канавкой; на фиг. 5 - конструкция вращающейся диф ракционной решетки на диске.. Преобразователь частоты по перво му варианту (фиг. 1) содержит вход344ной и выходной узлы, выполненные в виде направленного ответвителя 1 на диэлектрических волноводах, к выходу основного плеча которого подсоединен дополнительный отрезок 2 диэлектрического волновода, вращающуюся дифракционную решетку 3, расположенную на расстоянии не более Д. /2 от дополнительного отрезка 2 диэлектрического волновода и выполненную в виде продольных канавок прямоугольного сечения на боковой поверхности металлического цилиндра. Преобразователь частоты по второму варианту (фиг. 2) содержит входной и выходной узлы, выполненные в виде двух параллельных отрезков 4 и 5 диэлектрического волновода, расположенных на расстоянии (5-10) Ag один от другого, первую 6 и вторую 7 вращающиеся дифракционные решетки, выполненные в виде продольных канавок прямоугольного сечения на боковой поверхности металлического цилиндра, ось которого перпендикулярна оси соответствующего отрезка диэлектрического волновода, притрем направление вращения второй вращающейся дифракционной решетки 7 совпадает с направлением вращения первой вращающейся дифракционной решетки 6. Вращающиеся дифракционные рещетки могут быть вьтолнены в нескольких вариантах. На фиг. 4 изображена вращающаяся дифракционная решетка 3 в виде металлического цилиндра с винтовой продольной канавкой прямоугольного сечения. Такую вращающу- юся дифракционную решетку 3 необходимо устанавливать с возможностью вращения вокруг оси металлического ци- ; линдра. Ось металлического цилиндра должна быть параллельна оси отрезка диэлектрического волновода, вблизи которого она расположена. На фиг. 5 изображена вращающаяся дифракционная решетка 3, выполненная в виде радиальных металлических полос на диэлектрическом диске. Такую вращающуюся дифракционную решетку 3 необходимо устанавливать с йозможностью вращения вокруг оси диэлектрического диска. Ось соответствующего диэлектрического волновода должна быть параллельна плоскости диэлектрического днска, а расстояние меиду осью диэлектрического диска и осью отрезка диэлектрического волновода должно быть на несколько длин волн меньше радиуса диэлектрического дис ка. Преобразователь частоты по первому варианту работает следующим образом. Q Вращающаяся дифракционная решетка 3 с периодом, равным половине длины волны в диэлектрическом волно воде, расположенная на расстоянии н более АЗ/2 волны от дополнительного отрезка 2 диэлектрического волновод является отражателем для распростра някяцейся по нему волны. Коэффициент отражения теоретически равен 100%, реально достижимая величина 80-90% Вращение вращающейся дифракционной решетки 3 приводит к допплеровс кому сдвигу частоты отраженной волны на величину ,где V -ско рость движения элементов вращающейся дифракционной решетки 3 вдоль ос дополнительного отрезка 2, - период вращающейся дифракционной решетки 3. Входной и выходной узлы служат для разделения прямой волны, не-сдвинутой по частоте, и обратной волны, сдвинутой по частоте. Часть энергии прямой волны переходит в основное плечо направленного ответвителя 1, часть энергии обратной волны переходит в обратное плечо на равленного ответвителя 1. Амплитудная модуляция выходного сигнала может быть подавлена до желаемой величины за счет повьшения направленности направленного ответвителя 1. Общий КПД преобразователя частоты может достигать 99% при переходн ослаблении 0,458 дБ. При этом 90% мощности источника ответвляется в основное плечо направленного ответвителя 1, 9% мощности ответвляется в обратное плечо направленного ответвителя 1, 1 % мощности отражается к источнику. Направленный ответвитель 1 на ос нове двух связанных идентичных диэлектрических волноводов наиболее приемлем в реальной конструкции, так как обладает исключительно высо кой направленностью и легко регулир емым переходным ослаблением. Преобразователь частоты по второ му варианту работает следующим образом. Поверхностная электромагнитная волна, распространяющаяся по отрезку 4 диэлектрического волновода,в результате дифракции на вращающейся дифракционной решетке 6 излучается в пространство между параллельными отрезками 4 и 5 диэлектрического волновода. В результате вращения враЩающейся дифракционной решетки 6 излJrчeннaя волна получает допплеровский сдвиг по частоте, равный Д -р , где V - скорость движения элементов вращающейся дифракционной решетки 6, - период вращающейся Дифракционной решетки 6. Дифракция излученной волны на системе, состоящей от отрезка 5. диэлектрического волновода и вращающейся дифракционной решетки 7, приводит к возбуждению поверхностной электромагнитной волны в отрезке 5 диэлектрического волновода. Параллельные отрезки 4 и 5 диэлектрического волновода должны быть расположены на таком расстоянии один от другого, чтобы между ними отсутствовала непосредственная элект родинамическая связь,т.е.на расстоянии не менее нескольких длин волн. Расстояние между параллельньми отрезками диэлектрического волновода до.пжно быть небольшим, чтобы большая часть энергии, излзченной вращающейся дифракционной решеткой 6 из отрезка 4 диэлектрического волновода, перехватьшалась системой отрезок 5 диэлектрического волновода - вращающаяся дифракционная решетка 1, Этим требованиям удовлетворяет расстояние в 5-10 длин волн между волноводами и расположение вращающихся дифракционных решеток 6 и 7 напротив друг друга с внешней стороны параллельных отрезков 4 и 5 диэлектрического волновода. Расстояние между вращающимися дифракционными решетками б и 7 и соответствующими параллельными отрезками 4-и 5 диэлектрического волновода должно быть не более половины длины волны для эффективного вьшода энергии из отрезка 4 диэлектрического волновода и ввода.ее в отрезок 5 диэлектрического волновода посредством вращающихся дифракционных решеток 6 и 7Период вращающейся дифракционной решетки 6 или 7 находится в заданных пределах для излучения в свободное пространство только одной простран ственной гармоники. Отсутствие непосредственной.связи между параллельными отрезками 4 и 5 диэлектрического волновода и условие излучения только одной пространственной гармоники, сдвинутой по частоте, позволяет полностью подавить амплитудную модуляцию выходного сигнала. Условия идентичности отрезков ч и 5 диэлектрического волновода - их параллельности и равенства периодов вращающихся дифракционных решеток 6 и 7 - необходимы для того, чтобы вол на, излученная вращающейся дифракционной решеткой 6 из входного отрезка диэлектрического волновода падала на систему отрезок 5 диэлектрического волновода - вращающаяся дифракционная решетка -под оптимальным ракционная решетка / HUA углом, соответствующим максимуму вве денной мощности в отрезок 5 диэлект рического волновода ( угол излучения входного устройства равен углу прие выходного). Преобразователь частоты по второму варианту технического решения (фиг. 2) работает следующим образом Поверхностная электромагнитная волна, распространяющаяся по отрезку 4 диэлектрического волновода, в результате дифракции на вращающейся

5 11

/.4/ ифракционной решетке 6 излучается пространство между отрезками 4 и 5 иэлектрического волновода. В резульате вращения вращающейся дифракцинной решетки 6 излученная волна поучает допплеровский сдвиг по частоте , равный а , где U - скорость движения элементов вращающейся дифракционной решетки 6, 8 - период вращающейся дифракционной решетки 6. Дифракция излученной волны на системе, состоящей из отрезка 5 диэлектрического волновода и вращающейся дифракционной решетки 7, приводит к возбуждению поверхностной электромагнитной волны в отрезке 5 диэлектрического волновода.В результате вращения вращающейся дифракционной решетки 7 волна, возбуяденная в отрезке 5 диэлектрического волновода, получает допплеровский сдвиг по частоте, равнык , где (J скорость движения элементов вращающейся рость движения элементов дифракционной решетки 7, t - период вращающейся дифракционной решетки 7. Суммарный сдвиг частоты на выходе преобразователя частоты составляет , - -тZ V. Предлагаемый преобразователь частоты обладает лучшими параметрами по сравнению с известными преобразователями в миллиметровом диапазоне длин волн: меньшей амплитудной модуляцией выходного сигнала и меньшими потерями. .