Балансный смеситель Советский патент 1993 года по МПК H03D7/02 

фигЗ

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных устройствах, СВЧ-приемниках.

Известен однрдиодный смеситель на гармониках гетеродина, содержащий смесительный диод и полосовой фильтр.

Недостатками этого смесителя являются большие потери преобразования на гар- монике гетё|5Ьд||Ш,отсутствие подавления шумов, ма)|ый динамический диапазон.

Известен балансный смеситель содержащий отрезок ЛйниИ передачи, один конец которого расположена канале первого прямоугольного волновода цепи гетеродина, а другой - является выходом промежуточной частоты, полосовой фильтр частоты гетеродина и полосовой фильтр промежуточной частоты, включенные последовательно в отрезок линии передачи, два смесительных диода, включённые последовательно в канал второго прямоугольного волновода цепи сигнала и параллельно в отрезок линии передачи между полосовым фильтром час- тоты гетеродина в полосовым фильтром промежуточной частоты. Балансный смеситель преобразует частоту сигнала/ в полезную промежуточную частоту.Ч

Недостатком такого балансного смесителя являются большой коэффициент шума на низкой промежуточной частоте из-за влияния АМ-шума гетеродина, а также невозможность работы на гармонике гетеродина из-за малого напряжения гармоники на дифференциальном сопротивлении смесительных диодов.

Целью изобретения является снижение коэффициента шума балансного СМеСИ- ТеЛЯ., . ;. ;;-; -- .: /..;.;. - ...:.:/V .:

Указанная цель достигается тем, что в балансном смесителе, содержащем отрезок линии передачи, один конец которого расположён в канале первого прямоугольного волновода цепи гетеродина, а другой является выходом промежуточной частоты, полосовой фильтр частоте гетеродина и полосовой фильтр промежуточной частоты, включенные последовательно в отрезок линии передачи, два смесительных, диода, включенные последовательно в канале второго прямоугольного волновода цепи сигнала и параллельно в отрезок линии передачи между гюлосовым фильтром частоты гетеродина и полосовым фильтром промежуточной частоты, согласно изобретению, расстояние 6т места включения диодов до полосового фильтра частоты гетеродина определяют из следующего выражения

, . Ai. X5i .

li Yin

где Ai - длина волны в отрезке линии передачи на (2п + 1) гармонике гетеродина;

X9i - реактивное сопротивление смесительных диодов на (2п + 1) fr гармонике гетеродина;

Z - волновое сопротивление отрезка линии передачи;

fr-частота гетеродина;

fc - частота сигнала.

К тому же расстояние от места включения Диодов До полосового фильтра промежуточной частоты определяют из выражения :

|2 |tarctg(-, где А2 - длина волны в отрезке линии передачи на частоте (fc - fr);

- реактивное сопротивление диодов на частоте (fc - fr),

Предлагаемый балансный смеситель отличается от смесителя, выбранного в качестве прототипа, выбором расстояний от места включения диодов до полосового фильтра частоты гетеродина и до полосового фильтра промежуточной частоты.

Выбор расстояния И приводит к появлению резбнанса в последовательном контуре, включающем реактивное сопротивление

смесительных диодов X3i и отрезка линии

передачи (длиной li)Xi: Дифференциальное

сопротивление смесительных диодов Ran

ЭДС ei на частоте (2п + 1)-ой гармоники

гетеродина, возникающей на смесительных

диодах (фиг. 1). Контур настроен на частоту (2п + 1) fr. При этом увеличивается напряжение на (2п + 1)-й гармонике гетеродина на дифференциальном сопротивлении смесительных диодов и, следовательно, снижаются потери преобразования смесителя на (2л + 1)-й гармонике гетеродина, что приводит к снижению коэффициента шума. К тому же на (2п + 1)-й гармонике гетеродина балансный смеситель имеет низкий коэффициент шума, рбусловленный снижением влияния АМ-шума гетеродина за счет увеличения отстройки боковых полос от несущего колебания гетеродина.

Выбор расстояния J2 приводит к появлеНИ|о резонансного контура, включающего сопротивление смесительных диодов Хф и отрезка линии передачи (длиной la) X2, дифференциальное сопротивление смесительных диодов Rd и ЭДС ец на частоте (fc - fr),

вЬзникающей на смесительных диодах (фиг. 2). Контур настроен на частоту - fr). Это обеспечивает перераспределение энергии с частоты (fc - fr) на промежуточную частоту, что приводит к дополнительному

снижению потерь преобразования и, следовательно, снижению коэффициента шума.

На фиг. 1 изображен последовательный резонансный контур на частоте (2п +1) fr; на фиг. 2 - последовательный резонансный контур на. частоте (fe - fr); на фиг. 3 - балансный смеситель; на фиг. 4 - схема смеси- тельных диодов с внешней нагрузкой.

Балансный смеситель (фиг. 3) содержит линии передачи 1, один конец которого расположен в канале первого прямоугольного волновода 2 цепи гетеродина, а другой является выходом промежуточной частоты, полосовой фильтр 3 (Ф1) частоты гетероди- на и полосовой фильтр 4 (Ф2) промежуточной частоты, включенные последовательно в отрезок линии передачи 1, два смесительных диода 5, включенные последовательно в канале второго прямоугольного волновода 6 цепи сигнала и параллельно в отрезок линии передачи 1 между полосовым фильтром 3 частоты гетеродина и полосовым фильтром. 4 промежуточной частоты. Расстояние от места включения диодов до по- лосового фильтра частоты гетеродина определяют из выражения

AI, Xdi.

.И тлагс19(--

где AI -длина волны в отрезке линии пере- дачи на (2п + 1) гармонике гетеродина;

X3i -реактивноесопротивление смесительных диодов на (2п + 1) t гармонике гетеродина;

Z - волновое сопротивление отрезка линии передачи;

fr -. частота гетеродина; . fc г частота сигнала.

Расстояние от места включения диодов до полосового фильтра промежуточной частоты определяют из выражения

,g(-%

где Аа длина волны в отрезке линии пере-

дачи на частоте (fc - fr);Х$2 реактивное сопротивление диодов

на частоте (fc - fr). ,

В первом варианте выполнения балансного смесителя в качестве каналов первого прямоугольного волновода 2 и второго пря- моугольного волновода 6 используют пол- новодно-полосковый переход. В качестве отрезка линии передачи 1 используют линию на подвешенной подложке. В качестве полосового фильтра 3 частоты гетеродина и полосового фильтра 4 промежуточной час5

10 15 20 25

30

5

5

тоты используют фильтры нижних частот (ФНЧ)или полосно-пропускающие фильтры (ППФ).

Во втором варианте в качестве каналов первого 2 и второго 6 прямоугольных волноводов используют волноводно-коак- сиальные переходы, а в качестве отрезка линии передачи - коаксиальную линию, в качестве полосовых фильтров 3, 4 - ФНЧ или ППФ.

В третьем варианте в качестве каналов первого 2 и второго 6 прямоугольных волноводов возможно использование волновод- но-микрополосового перехода, в качестве отрезка линии передачи-микрополосковую линию, а в качестве полосовых фильтров 3, 4-ППФилиФНЧ.

Балансный смеситель работает следующим образом.

Сигнал подают на смесительные диоды 5 по каналу второго прямоугольного волновода 6, напряжение гетеродина подают по отрезку линии передачи 1 через полосовой фильтр 3 частоты гетеродина и канал первого прямоугольного волновода 2 цепи гетеро- дина. Сигнал промежуточной частоты, равной fn.4 fc (2n + 1) fr, где fc - частота сигнала, fr - частота гетеродина, fnn - промежуточная частота, выводится по отрезку линии передачи 1 через полосовой фильтр 4 промежуточной частоты. Полосовой фильтр 3 (Ф1) пропускает частоту гетеродина и отражает частоты (2п +.1) fr и (fc - fr), a полосовой фильтр 4 (Ф2) пропускает промежуточную частоту и отражает частоты n fг и (fc - fr). Выбор расстояния И приводит к появлению последовательного резонансного контура, образованного реактивным сопротивлением смесительных диодов и отрезком линии передачи длиной 11 и настроенного на частоту (2п + 1) fr. Это приводит к увеличению напряжения на (2п + 1)-й гармонике гетеродина на дифференциальном сопротивлении R3 смесительных диодов и, следовательно, к низким потерям преобразования смесителя на (2п + 1) гармонике гетеродина, что влечет снижение коэффициента шума. Коэффициент шума снижается и за счет влияния АМ-шума гетеродина, поскольку спектральная плотность мощности АМ-шума в двух боковых полосах уменьшается с увеличением отстройки боковых полос от несущей частоты гетеродина. В балансном смесителе за счет уменьшения частоты несущего колебания гетеродина в (2п + 1) раз (где п 1, 2, 3 ...) увеличивается отстройка боковых голос от несущей.

Выбор расстояния i ппинодит к появлению последовательного резонансного контура, образованного реактивным сопротивлением смесительных диодов Xfa и отрезком линии передачи длиной I2 .и настроенного на частоту (fc - fr). Это приводит к перераспределению энергии с частоты (fc - fr) на промежуточную частоту, что влечет снижение потерь преобразования и,, следовательно, уменьшение коэффициента шума.

Предлагаемый смеситель обеспечивает возможность его использования на (2п + 1) гармонике гетеродина, что позволяет выбрать гетеродин с частотой в (2п + 1) раз ниже, чем в прототипе, При этом КПД гетербдина также в несколько раз выше, поскольку в КВЧ- диапазоне мощность активного, элемента падает с частотой как 1/f3, а это облегчает решение вопроса, связанного с перегревом приемного модуля.

Формула изобретения Балансный смеситель, содержащий отрезок линии передачи, один конец которого расположен в канале первого прямоугольного волновода цепи гетеродина, а другой является выходом промежуточной частоты, полосовой фильтр частоты гетеродина ило- лосовой фильтр промежуточной частоты, включенные последовательно в отрезок линии передачи, два смесительных диода, включенные последовательно в канале второго прямоугольного волновода цепи сигнала и параллельно в отрезок линии передачи

между полосовым фильтром частоты гетеродина и полосовым фильтром промежуточной частоты, отличающийся тем, что, с целью снижения коэффициента шума, расстояние от места включения диодов до полосового фильтра частоты гетеродина определяют из следующего выражения:

И

AI, 2 arctg(ХЭп

где AI - длина волны в отрезке линии передачи на (2п + 1)-й гармонике гетеродина;

Xdi - реактивное сопротивление смесительных диодов на (2п + 1) fr-й гармонике гетеродина;

Z - волновое сопротивление отрезка линии передачи;

fr - частота гетеродина;

fc - частота сигнала.

2. Смеситель по п. 1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что расстояние от места включения диодов до начала полосового фильтра промежуточной частоты определяют из выражения

i , ХсЬ, j2-,arwg(--).

«Q. где Аа - длина во л ньь в отрезке линии передачи на частоте (fc - fr);

Хф реактивное сопротивление диодов на частоте (fc - fr).

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных устройствах. Балансный смеситель выполнен на отрезке линии передачи 1, установленной в канале прямоугольного волновода 2. Для снижения коэффициента шума в отрезок линии передачи включены полосовые фильтры 3 и 4 частоты гетеродина и промежуточной частоты. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

u

П

Дг

Ъ

Фиг

(Т) 4

л

к

Ъ

Щи г, 2

u

К

фигЗ