СВЧ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Предлагаемое техническое решение относится к технике СВЧ и может использоваться в различных радиотехнических системах, например, в передатчиках СВЧ сигналов, а также в СВЧ трактах измерительных установок.
Известен СВЧ преобразователь частоты [«СВЧ полупроводниковые приборы и их применение», под ред. Уотсона, пер. с англ., Мир, 1972 г., стр.300.] Он состоит из волноводной секции с диодом с переменной емкостью (варактора), двух волноводных и одного коаксиального фильтра.
вых
вх
Такой преобразователь обеспечивает удовлетворительный коэффициент преобразования  где Р - мощность сигнала на выходе на выходной частоте, Р - мощность сигнала на входе 1 на входной частоте, в очень узкой полосе частот выходного сигнала (1-1,5)%. Это происходит, во-первых, вследствие того, что диод располагается в волноводе, который
является линией передачи со значительной дисперсией. Во-вторых, в известном техническом решении частота сигнала, поступающего на вход (частота сдвига) мала для того, чтобы использовать такой СВЧ преобразователь частоты в рабочей полосе частот выходного сигнала, например, (6-7)%, так как при этом через выходной фильтр на выход пройдут неподавленные остаток входного сигнала, сигналы зеркальной частоты и многих комбинационных частот. Поэтому такое техническое решение для многих случаев применения неприемлемо.
пр
пр
Наиболее близким по технической сущности является СВЧ преобразователь частоты [Ю.В.Колесников, «Эффективный преобразователь частоты на варакторе в коротковолновой части сантиметрового диапозона длин волн», Электронная техника, серия 1 Электроника СВЧ, выпуск 1, 1982 г., стр.22.] Он также состоит из волноводной секции с диодом, двух волноводных и одного коаксиального фильтра. Здесь частота сдвига составляет 600-800 мгц, что позволяет обеспечить полосу выходного СВЧ сигнала (6-7)% с достаточным подавлением входного и зеркального сигналов, а также сигналов комбинационных частот. Однако, значительным недостатком его является узкая полоса частот выходного сигнала (1%), в которой без механической перестройки достигается удовлетворительный К=-(4-5) дБ. Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в значительном увеличении рабочей полосы выходного сигнала СВЧ преобразователя частоты, при которой обеспечивается максимальный К.
Указанный результат достигается тем, что СВЧ преобразователь частоты, содержит входной и выходной волноводные фильтры, подключенные соответственно к входу и выходу волноводной секции. Волноводная секция выполнена с соосными отверстиями в ее широких стенках. К одной широкой стенке подключен короткозамкнутый отрезок
коаксиальной линии, а к другой широкой стенке подсоединена входная коаксиальная линия с фильтром нижних частот, выполненные с единым центральным проводником. Входная коаксиальная линия подключена к входу сигнала частоты сдвига. В разрыв центрального проводника входной коаксиальной линии включены последовательно соединеные диод и разделительный конденсатор, к точке соединения которых подключен один вывод резистора, другой вывод которого заземлен.
Новизна предлагаемого технического решения состоит в том, что фильтр нижних частот выполнен в виде разомкнутого отрезка коаксиальной линии, длина которого равна четверти длины волны в волноводе сигнала, поступающего через входной волноводный фильтр. В фильтре нижних частот установлен диод. Расстояние от оси центрального проводника короткозамкнутого отрезка коаксиальной линии и входной коаксиальной линии до выхода входного волноводного фильтра равно нечетному числу четвертей длины волны в волноводе выходного сигнала. Расстояние от оси центрального проводника короткозамкнутого отрезка коаксиальной линии и входной коаксиальной линии до входа выходного фильтра равно нечетному числу четвертей длины волны в волноводе входного сигнала частоты сдвига.
Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с известными признаками позволяют успешно реализовать поставленную цель.
На фиг.1 представлена конструкция СВЧ преобразователя частоты. СВЧ преобразователь частоты содержит входной волноводный фильтр 1, волноводную секцию 2, выходной волноводный фильтр 3, короткозамкнутый отрезок коаксиальной линии 4, входную коаксиальную линию 5 с фильтром нижних частот 8, центральный проводник 6, диод 7, разделительный конденсатор 9, резистор 10, соосные отверстия 11.
Входной 1 и выходной 3 волноводные фильтры, подключены соответственно к входу и выходу волноводной секции 2. Волноводная секция 2 выполнена с соосными отверстиями 11 в ее широких стенках. К одной широкой стенке подключен короткозамкнутый отрезок коаксиальной линии 4, а к другой широкой стенке подсоединена входная коаксиальная линия 5 с фильтром нижних частот 8, выполненные с единым центральным проводником 6. Входная коаксиальная линия 5 подключена к входу сигнала частоты сдвига. В разрыв центрального проводника 6 входной коаксиальной линии 5 включены последовательно соединеные диод 7,установленный в фильтре нижних частот, и разделительный конденсатор 9, к точке соединения которых подключен один вывод резистора 10, другой вывод которого заземлен. Фильтр нижних частот 8 выполнен в виде разомкнутого отрезка входной коаксиальной линии.
Входной и выходной волноводные фильтры 1 и 3 можно выполнить, например, из запредельных волноводов, так как по сравнению с волноводными фильтрами других типов они имеют наименьшие потери при одинаковом внеполосном запирании, что увеличивает Кцр. При этом габариты и масса таких фильтров также меньше.
В качестве разделительного конденсатора удобно использовать различного вида конструктивную емкость.
СВЧ преобразователь частоты работает следующим образом.
На вход 1 СВЧ преобразователя частоты поступает СВЧ сигнал, на вход 2 через входную коаксиальную линию 5 - сигнал частоты сдвига. В диоде 7 происходит образование сигналов суммы и разности их частот, один из которых через выходной волноводный фильтр 3 проходит на выход и является полезным сигналом. Выходной волноводный фильтр 3 подавляет остаток входного сигнала, сигналы зеркальной и комбинационных частот. Так как расстояние от оси центрального
проводника 6 до входа выходного волноводного фильтра 3, в плоскости которого происходит закоротка входного сигнала, равно нечетному числу четвертей длины волны в волноводе входного сигнала, то в волноводной секции 2 в плоскости оси центрального проводника 6 устанавливается максимум электрического поля входного сигнала. Сам диод 7 располагается в разрыве центрального проводника 6 внутри фильтра нижних частот 8 входной коаксиальной линии 5, выполненного в виде разомкнутого отрезка коаксиальной линии, где образуется максимум электрического поля входного сигнала, так как длина этого отрезка коаксиальной линии равна четверти длины волны СВЧ сигнала на входе 1. В результате на диоде 7 создается максимальное напряжение входного сигнала. Так как в короткозамкнутом отрезке коаксиальной линии 4 и в фильтре нижних частот 8 отсутствует дисперсия, то напряжение входного сигнала сохраняется близким к максимальному в значительно более широкой полосе, чем у прототипа.
Поскольку расстояние от оси центрального проводника 6 до выхода входного волноводного фильтра 1, в плоскости которого происходит закоротка выходного сигнала, равно нечетному числу четвертей длины волны выходного сигнала, то в волноводной секции 2 в плоскости центрального проводника 6 устанавливается максимум электрического поля выходного сигнала, что обеспечивает вывод его на выход СВЧ преобразователя частоты в согласованную нагрузку с минимальными потерями в широкой полосе частот.
пр
Предлагаемое техническое решение позволяет получить в сантиметровом диапозоне частот СВЧ преобразователь частоты с высоким значением К=-(4-5) дБ в широкой полосе частот (6-7)% без механической перестройки.