КОЛЬЦЕВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТ

Полезная модель относится к радиотехнике, конкретно - к преобразователям частот и может быть использована в панорамных радиоизмерительных системах, в системах связи и в радиолокации.
Известен кольцевой диодный преобразователь частот (Микроэлектронные устройства СВЧ: учебн. пособие для радиотехнических специальностей вузов \ Г.И.Веселов, Е.Н.Егоров, Ю.Н.Алехин и др. \ Под ред. Г.И.Веселова. - М.: Высш. шк., 1988. - 238 с., рис.10.15), содержащий общий для всего устройства проводник, симметрирующие сигнальный и гетеродинный трансформаторы, каждый из которых имеет несимметричный вход первичной обмотки и два противофазных вывода вторичной обмотки и вывод ее средней точки, при этом вывод средней точки вторичной обмотки сигнального трансформатора соединен с общим проводником, а вывод средней точки гетеродинного трансформатора совместно с общим проводником образуют выход устройства, и выполненный на основе кольца из четырех последовательно согласно соединенных полупроводниковых диодов мост, к диагональным точкам которого подключены противофазные выводы сигнального и гетеродинного трансформаторов.
Недостатками известного преобразователя частот являются относительно большой уровень напряжения гетеродина и, соответственно, относительно высокий уровень выходного напряжения гетеродинного трансформатора. Это происходит из-за наличия у полупроводниковых диодов относительно высоких напряжений отсечки (у кремниевых диодов оно составляет около 0,6 В, у арсенид-галлиевых диодов - около 1 В). Также к недостаткам относят невысокий коэффициент преобразования входных сигналов и небольшие динамические диапазоны подавления частоты гетеродина, его гармоник и комбинационных составляющих. Это обусловлено неодинаковостью напряжения отсечки и угла наклона вольтамперных характеристик отдельных диодов для гетеродинного напряжения, а также неидеальными характеристиками симметрирующих трансформаторов (при одинаковых напряжениях гетеродина на диодах в момент их открытия протекают неодинаковые токи).
Наиболее близким к заявляемому устройству по наибольшему числу существенных признаков является кольцевой преобразователь частот (Свидетельство №6960, МПК H03D 7/14, опубл. 16.06.1998), содержащий общий для всего устройства проводник, симметрирующие сигнальный и гетеродинный трансформаторы, кольцевой мост, выполненный на основе цепочки из четырех последовательно согласно соединенных полупроводниковых диодов, начало которой образует анод первого диода, а конец - катод четвертого диода, четыре разделительных конденсатора, источник постоянного напряжения, отрицательный полюс которого соединен с общим проводником, цепочку из последовательно соединенных дросселя и резистора, у которой свободный конец резистора соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения смещения, а свободный конец дросселя - с анодом первого диода. Первый и второй конденсаторы включены между симметричными противофазными выводами вторичной обмотки гетеродинного трансформатора и местами соединения первого и второго и третьего и четвертого диодов, соответственно. Третий конденсатор включен между одним из двух симметричных выводов вторичной обмотки сигнального трансформатора и местом соединения второго и третьего диодов. Четвертый конденсатор включен между анодом первого и катодом четвертого диодов. Другой симметричный вывод вторичной обмотки сигнального трансформатора соединен непосредственно с катодом четвертого диода.
Недостатком устройства-прототипа является невысокий уровень подавления основной частоты гетеродина, его гармоник и комбинационных составляющих преобразованного сигнала и относительно невысокий диапазон рабочих частот преобразуемого сигнала, обусловленные асимметрией противофазных напряжений, подаваемых на плечи диодного моста. Диапазон рабочих частот устройства-прототипа, в частности, ограничивает цепочка из последовательно соединенных дросселя, резистора и источника постоянного напряжения.
Основной технической задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является создание устройства, которое будет обладать увеличенным динамическим диапазоном на основной частоте гетеродина, его гармониках и комбинационных составляющих преобразованного сигнала, а также расширенным диапазоном рабочих частот.
Поставленная задача решается тем, что в кольцевой преобразователь частот, содержащий общий для всего устройства проводник, симметрирующие сигнальный и гетеродинный трансформаторы, каждый из которых имеет несимметричный вход первичной обмотки, образованный ее первым свободным концом и вторым концом, соединенным с общим проводником, и два симметричных противофазных вывода вторичной обмотки и вывод ее средней точки, при этом вывод средней точки вторичной обмотки сигнального трансформатора соединен с общим проводником, а вывод средней точки вторичной обмотки гетеродинного трансформатора совместно с общим проводником образуют выход устройства, кольцевой мост, выполненный на основе цепочки из четырех последовательно согласно соединенных полупроводниковых диодов, начало которой образует анод первого диода, а конец - катод четвертого диода, четыре разделительных конденсатора, первый и второй из которых включены между симметричными противофазными выводами вторичной обмотки гетеродинного трансформатора и местами соединения первого и второго и третьего и четвертого диодов, соответственно, третий из которых включен между одним из двух симметричных противофазных выводов вторичной обмотки сигнального трансформатора и местом соединения второго и третьего диодов, и четвертый из которых включен между анодом первого и катодом четвертого диодов, источник постоянного напряжения смещения, цепочку из последовательно соединенных первых дросселя и резистора, у которой свободный конец резистора соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения смещения, а свободный конец дросселя - с анодом первого диода, согласно предложенному решению, введены пятый разделительный конденсатор, включенный между другим симметричным противофазным выводом вторичной обмотки сигнального трансформатора и катодом четвертого диода, цепочка из последовательно соединенных вторых дросселя и резистора, у которой свободный конец дросселя соединен с катодом четвертого диода, а свободный конец резистора - с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения смещения, и два блокировочных конденсатора, включенные между местами соединения дросселей и резисторов и общим проводником.
Полезная модель поясняется рисунком, где представлена принципиальная схема заявляемого устройства.
Кольцевой преобразователь частот содержит общий проводник, симметрирующие сигнальный и гетеродинный трансформаторы 1 и 2, кольцевой мост, выполненный на основе цепочки из четырех последовательно согласно соединенных первого, второго, третьего и четвертого диодов 3, 4, 5 и 6, соответственно, первый, второй, третий, четвертый, пятый разделительные конденсаторы 7, 8, 9, 10, 11, соответственно, источник постоянного напряжения смещения 12, цепочки из последовательно соединенных первых дросселя 13 и резистора 14 и вторых дросселя 15 и резистора 16, два блокировочных конденсатора 17 и 18. Первый и второй разделительные конденсаторы 7 и 8 включены между симметричными противофазными выводами вторичной обмотки гетеродинного трансформатора 2 и местами соединения первого и второго диодов 3 и 4 и третьего и четвертого диодов 5 и 6, соответственно. Третий конденсатор 9 включен между одним из двух симметричных противофазных выводов вторичной обмотки сигнального трансформатора 1 и местом соединения второго и третьего диодов 4 и 5. Четвертый конденсатор 10 включен между анодом первого диода 3 и катодом четвертого диода 6, пятый разделительный конденсатор 11 включен между другим симметричным противофазным выводом вторичной обмотки сигнального трансформатора 1 и катодом четвертого диода 6. Свободный конец первого резистора 14 соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения смещения 12, а свободный конец первого дросселя 13 - с анодом первого диода 3, свободный конец второго дросселя 15 соединен с катодом четвертого диода 6, а свободный конец второго резистора 16 - с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения смещения 12, блокировочные конденсаторы 17 и 18 включены между местами соединения первых дросселя 13 и резистора 14 и вторых дросселя 15 и резистора 16 с общим проводником, соответственно.
г
с
г
с
пч
Предлагаемый кольцевой преобразователь частот работает следующим образом. При отсутствии напряжения U. гетеродинного трансформатора 2 и напряжения сигнала U сигнального трансформатора 1 диоды 3-6 находятся на грани отпирания, при этом постоянная составляющая их тока близка к нулю. При подаче напряжения U через гетеродинный трансформатор 2 и первый и второй разделительные конденсаторы 7 и 8 на точки соединения первого и второго диодов 3 и 4, и третьего и четвертого диодов 5 и 6, соответственно, и при подаче напряжения сигнала U через сигнальный трансформатор 1 и третий и пятый разделительные конденсаторы 9 и 11 на точки соединения второго и третьего диодов 4 и 5 и катод четвертого диода 6, соответственно, через все диоды протекают усеченные косинусоидальные импульсы переменного тока, частота повторения которых равна частоте гетеродина, и единая постоянная составляющая тока по цепи: «плюс» источника постоянного напряжения смещения 12, первый резистор 14, первый дроссель 13, первый 3, второй 4, третий 5 и четвертый 6 диоды, вторые дроссель 15, второй резистор 16 и «минус» источника напряжения смещения 12. На суммарном сопротивлении этой цепи появляется отрицательное напряжение, соответствующее выбранному углу отсечки тока гетеродинного трансформатора 2. На выходе устройства появляется преобразованное напряжение U.
Дополнительно введенные пятый разделительный конденсатор 11, первый и второй блокировочный конденсаторы 17 и 18, вторые дроссель 15 и резистор 16 уменьшают асимметрию противофазных напряжений в диагоналях мостовой схемы, что увеличивает динамический диапазон заявляемого устройства на основной частоте гетеродина, на его гармониках и комбинационных составляющих преобразованного сигнала на 3 дБ, а также расширяет диапазон рабочих частот не менее, чем в 1,5 раза.