СВЧ приемный модуль Советский патент 1993 года по МПК H04B1/26 

СО

с

Использование: приемные преобразовательные устройства дальней космической связи. Сущность изобретения: модуль выполнен в единой конструкции с коническим рупором с внутренней импедансной поверхностью, служащим облучателем параболической антенны и одновременно осуществляющим эффективный переход на входную МПЛ. Выполнение всех4 активных элементов на единой оксидированной подложке с толщиной окисла 0.15 ... 0,2 мм исключает возникновение неоднородно- стей при стыковке каскадов, поперечные ре- зонансы и высшие типы волн. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, .в частности к устройствам СВЧ-техники, может быть использовано в приемных преобразовательных устройствах радиорелейных станций, приемной аппаратуре дальней космической связи, приемных устройствах РЛС.

Целью изобретения является увеличение коэффициента усиления СВЧ приемного модуля за счет изменения конструкций конического рупора, волноводно-микропо- лоскового перехода, выполнения входного усилителя, смесителя, гетеродина и УПЧ и размещения цепей питания на МПЛ, имеющей единое оксидированное металлическое основание, где тонкий слой окисла является диэлектрической подложкой,

На фиг. 1, 2 показаны виды СВЧ приемного модуля с обеих сторон единого металлического основания; на фиг. 3 - сечение устройства.

Конический рупор 1 (фиг. 1) своей внутренней импедансной образующей поверхностью соединен с единым оксидированным металлическим основанием 5. Волноводно-микрополосковый переход представляет собой соосное соединение диэлектрического цилиндра 2, возбуждающего проводящего штыря 3 и входной МПЛ 6. Диэлектрические втулки 4 предназначены для крепления диэлектрического цилиндра 2 и возбуждающего проводящего штыря 3. Входной усилитель состоит из каскадов 13,15, 17, показанных пунктирными линиями. Каждый каскад состоит из межкаскадных отрезков МПЛ с двумя четвертьволновыми ступенями 8 и 12, разомкнутых шлейфов 9 и 11, полевого транзистора 10, соединенного выводом затвора с межкаскадным отрезком МПЛ 8, а выводом стока - с межкаскадным отрезком МПЛ 12. причем вход каскада 13 явля00

о о со

ется входом входного усилителя, выход каскада 17 - выходом входного усилителя, каскады 13, 15 и 17 соединены между собой соответственно накладочными конденсаторами 14, 16, а входная МПЛ 6 соединена с каскадом 13 иакладочным конденсатором 7. Выход каскада соединен с отрезком МПЛ 18, который через накладочный конденсатор 19 соединен с первым концом первого отрезка МП Л смесителя 20, второй конец которого соединен с первым выводом смесительного диода 21. Второй вывод последнего соединен с вторым отрезком МПЛ смесителя 23, который, в свою очередь, через кольцевой микрополосковый резонатор 30 со средним диаметром, кратным длине волны гетеродина, соединен с первым концом отрезка МПЛ гетеродина с двумя четвертьволновыми ступенями 32.. Второй конец отрезка МПЛ соединен с выводом стока полевого транзистора гетеродина 35, вывод затвора которого соединен с отрезком МПЛ с двумя четвертьволновыми ступенями 36, нагруженным на согласованный резистор 38 и имеющим с обеих сторон кольцевые микрополосковые резонаторы 37 со средним диаметром, кратным длине волны гетеродина. Перпендикулярно отрезку МПЛ гетеродина 32. подсоединён согласованный резистор 31. Перпендикулярно второму отрезку МПЛ смесителя .23 подсоединен фильтр частоты гетеродина 29, через развязывающий конденсатор 28 подключенный к отрезку МПЛ 27, с которым соединена база биполярного транзистора предварительного УПЧ 26, а его эмиттер соединен с отрезком МПЛ 25, достигающим края единого металлического основания 5. Элемент 22, подсоединенный к первому отрезку МПЛ смесителя 20, необходим для заземления смесителя по постоянному току. Контактные площадки 24 необходимы для подключения элементов выделения сигнала промежуточной частоты. Отрезок МПЛ 25, достигающий края единого металлического основания 5, через полукруглый вырез 39 в едином металлическом основании (см. фиг. 2) соединен с отрезком МПЛ 40. УПЧ состоит из каскадов 46, 48, 50, показанных пунктирными линиями. Каждый каскад состоит из межкаскадных отрезков МПЛ 42, 45, биполярного транзистора 44, база которого соединена с межкаскадным отрезком МПЛ 42, а коллектор - с межкаскадным отрезком МПЛ 45, контактных площадок 43, необходимых для подведения напряжений питания, причем вход каскада 46 является входом УПЧ, а выход каскада 50 - выходом УПЧ. Отрезок МПЛ 40 соединяется с входом каскада46 через развязывающий конденсатор 41, каскады 46, 48,50 соединяются между собой с помощью развязывающих конденсаторов 47, 49, а выход каскада 50 через развязывающий конденсатор 51 соединяется с одним концом отрезка МПЛ. 52, другой конец которого соединен с центральным проводом коаксиального разъема 55, С отрезком МПЛ 52 соединены линии питания 53, к которым, в свою очередь, подключены

контактные площадки питания 54 со сквозными отверстиями. Питание к транзистору гетеродина подводится через контактные площадки питания 34 и фильтр питания 33. Питание к транзисторам входного усилите5 ля подводится через контактные площадки питания и фильтры питания, конструкция которых аналогична конструкции элементов 34 и 33. Разводка питания входного усилителя, гетеродина и УПЧ не приведена. Уст0 ройство помещено в корпус 56 (фиг. 3),

который крепится к коническому рупору 1

уголками 57,; .-./;.:::-/:-. ...: -

С помощью конического рупора с внут: рённей импедансной образующей поверх5 ностью 1, диэлектрического цилиндра 2 длиной (1,5 ... 2,0) Я ,где Я - длина волны, возбуждающего проводящего штыря 3 длиной (0,4 ...0,6) Я осуществляется фокуси- ровка электромагнитной энергии,

0 отраженной от параболической антенны, и эффективное возбуждение входной МПЛ 6. Указанные размеры возбуждающего проводящего штыря 3 и диэлектрического цилиндра 2 определены экспериментально.

5 Входной сигнал усиливается во входном усилителе, собранном на каскадах 13,15,17. Четвертьволновые ступени в межкаскадных отрезках МПЛ 8 и 12 и разомкнутые шлейфы 9 и 11 выполняют роль элементов настрой0 ки. Смеситель, включающий первый отрезок МПЛ смесителя 20, смесительный диод.21, второй отрезок МПЛ смесителя 23; с помощью сигнала гетеродина, собранного на

полевом транзисторе 35, преобразует сиг5 нал входной частоты в сигнал промежуточной частоты, усиливаемый транзистором предварительного УПЧ и каскадами УПЧ 46, 48, 50, Такое построение тракта усиления сигнала промежуточной частоты обеспечи0

вает компенсацию потерь в смесителе и усиление сигнала до уровня, необходимого для дальнейшего использования. Кольцевой микрополосковый резонатор 30 выполняет роль развязки входного усилителя и гетеро- 5 дина. Фильтр 29 предотвращает попадание. сигнала гетеродина и входного сигнала на вход УПЧ. Усиленный сигнал промежуточной частоты выводится через коаксиальный разъем 55. Напряжение питания, необходимое для работы входного усилителя, УПЧ, гетеродина подается через коаксиальный разъем 55. Центральный провод коаксиального разъема 55 - положительный полюс источника питания, а корпус этого разъема - отрицательный полюс. Напряжение питания подводится к линиям питания 53 и далее к входному усилителю, гетеродину, УПЧ. Развязка постоянного и переменного сигналов осуществляется с помощью накла- дочных конденсаторов 7, 14, 16,19 и разделительных конденсаторов 28, 41,47, 49, 51. Все устройство выполнено на МПЛ, имеющей единое металлическое основание, и помещено в корпус 56.

Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения питания на соответствующие выводы транзисторов, в них устанавливается такое распределение внутреннего электрического поля, при котором транзисторы способны усиливать сигнал. С помощью межкаскадных отрезков МПЛ с двумя четвертьволновыми ступенями 8, 12 и разомкнутых шлейфов 9 и 11 осуществляется согласование импедансами полевых транзисторов 10. Длина накладоч- ных конденсаторов 7, 14, 16, 19, выполненных оксидированием на межкаскадных отрезках МПЛ, составляет А /2. Стабильные колебания гетеродина обеспечиваются за счет подключения к затвору гетеродинного транзистора 35 отрезка МПЛ с двумя четвертьволновыми ступенями 36 длиной (1,3 ... 1,6) А , нагруженного на согласованный резистор 38 и содержащего с обеих сторон кольцевые микрополосковые резонаторы 37 с длиной среднего диаметра, кратной длине волны гетеродина. Длина отрезка МПЛ с двумя четвертьволновыми ступенями 36 определена экспериментально по минимальному значению частотных и амплитудных шумов. На смесительный диод с одной стороны подается сигнал гетеродина, ас другой стороны - усиленный входной сигнал. Сигнал промежуточной частоты усиливается в предварительном УПЧ и подводится к коаксиальному разъему 55. Выполнение устройства на МПЛ, имеющей металлическое основание, исключает рассогласования, возникающие при стыковке МПЛ, имеющих раздельные подложки; кроме того, соединение выводов истока и эмиттера с единым металлическим основанием снижает контактное сопротивление в местах разварки выводов транзисторов по сравнению с контактным сопротивлением при разварке выводов транзисторов через сквозные отверстия в диэлектрической подложке. Все это позволяет достичь большой величины коэффициента усиления.

На разработанном образце устройства единое алюминиевое основание 5 оксиди- ровалось с двух сторон с помощью электролитического анодирования до толщины 150 мкм. Затем выполнялась металлизация, включающая осаждение подслоев ванадия, меди и никеля. Наконец наносилась тополо0 гия МПЛ. Конический рупор 1, возбуждающий проводящий штырь 3 и диэлектрический цилиндр 2 выполнены с помощью токарной обработки из дюралюминия и фторопласта соответственно. Мон5 таж кристаллов транзисторов марки 015, кристаллов биполярных транзисторов и УПЧ марки 2Т3132А-2, бескорпусной меза- структуры гетеродина типа ЗП326 и смесительного диода выполнялся с помощью

0 разварки выводов расщепленным электродом. В местах соединения выводов истока и эмиттера соответствующих транзисторов с металлическим основанием с. помощью лазера был удален слой окисла, осажден слой

5 никеля, а затем разварены выводы. Корпус устройства выполнен из дюралюминия фрезерной обработкой.

Для проведения испытаний образцов устройства была собрана следующая схема.

0 На излучающем пункте генератор СВЧ- сигнзла через прецизионный аттенюатор соединялся с измерительным широкодиапазонным рупором. В приемном пункте, находящемся на расстоянии от излучающего

5 пункта, превышающем 10 А , в помещении, содержащем поглощающие модули для устранения отраженных сигналов, в фокусе параболической антенны диаметром 1,5 м с помощью соответствующего устройства

0 крепления размещался СВЧ приемный модуль. Выход СВЧ приемного модуля подключался к входу измерительного приемника, с помощью которого фиксировался выходной сигнал. С помощью такой

5 измерительной системы возможно сравнить СВЧ приемные модули при построении на отдельных подложках с разработанным СВЧ приемным модулем и измерить усиление модуля при работе его в измерительном

0 тракте.

Экспериментальные исследования показали, что усиление предлагаемого СВЧ приемного модуля в 1,06 ... 1,2 раза выше по сравнению с прототипом. Конструктивное

5 выполнение устройства также обусловило снижение чувствительности к внешним дестабилизирующим факторам.

Формула изобретения СВЧ приемный модуль, содержащий конический рупор, ортогональный волноводно-микрополосковый переход на входную микрополосковую линию, которая выполнена на первой диэлектрической подложке, размещенной на одной стороне несущей пластины корпуса, и подсоединена к затвору транзистора первого каскада, сток которого соединен через согласующую межкаскадную цепь с затвором транзистора последующего каскада входного усилителя, подключенного к смесителю, связанному с источником напряжения гетеродина, а транзисторы второго и последующих усилительных каскадов промежуточной частоты установлены на второй диэлектрической подложке, расположенной на другой стороне несущей пластины корпуса, цепи питания, от л и чаю щ и и с я тем. что, с целью увеличения коэффициента усиления, Конический рупор выполнен с внутренней импедансной образующей поверхностьюи

на его оси установлены введенные соосно соединенные возбуждающий проводящий штырь длиной (0,4-0,6) Я, где Я -длина волны, подключенный к входной микрополосковой линии, и диэлектрический цилиндр длиной (1.5-2.0) Я , согласующие межкаскадные Цепи выполнены накладного типа с двумя четвертьволновыми ступенями с разомкнутыми шлейфами, а транзистор

первого каскада усилителя промежуточной частоты размещен на первой диэлектрической подложке и подключен перпендикулярно полоску входной микропшюсковой линии передачи, при этом истоки транзисторов входного усилителя и эмиттеры транзисторов усилителя промежуточной частоты соединены с корпусом, с которым соединена внутренняя импедансная образующая поверхность конического рупора.

. . .. V,; / ... . .,..-.-...

53 55

Фиг.З