СВЧ СМЕСИТЕЛЬ

Предлагаемое техническое решение относится к технике СВЧ и может использоваться в различных радиотехнических системах, например, в приемниках РЛС, а также в СВЧ трактах измерительных установок.
Известен СВЧ смеситель [В.Крохин, Элементы радиоприемных устройств СВЧ, Сов. Радио, М., 1964 г., стр.331], который содержит диод с нелинейным сопротивлением. Он имеет коэффициент передачи - (8-9) дБ и коэффициент шума (9-10) дБ, в результате чего, например, в современной РЛС для обеспечения жестких технических требований на входе приемника необходимо устанавливать малошумящий усилитель с блоком питания. Это значительно увеличивает габариты, вес и стоимость приемника, особенно с учетом того, что обычно такой приемник содержит три независимых канала.
Наиболее близким по технической сущности является преобразователь частоты [Патент на полезную модель №40541 опубл. 10.09.2004 г], который содержит входной и выходной фильтры, подключенные соответственно к входу и выходу волноводной секции с соосными отверстиями в ее широких стенках, к одной широкой стенке подключен короткозамкнутый отрезок коаксиальной линии. 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, а в разрыв центрального проводника входной коаксиальной линии включены последовательно соединенные диод и разделительный конденсатор, к точке соединения которых подключен один вывод резистора, другой вывод заземлен. Фильтр нижних частот, в котором установлен диод, выполнен в виде разомкнутого отрезка коаксиальной линии, длина которого равна четверти длины волны в волноводе сигнала, поступающего через входной волноводный фильтр. 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.
1
2
1
Из теории известно (К.Грабовски, Параметрические усилители и преобразователи с емкостным диодом, пер. с польск., М., Сов. радио, 1974 г., стр.55-56), что при условии, если f>f, где f - частота
2
вых
2
1
2
вых
1
2
вых
вых
сигнала на входе 1, а f - частота сигнала на входе 2, коэффициент передачи смесителя с диодом с нелинейной емкостью , где р - мощность сигнала на выходе; р - мощность сигнала на входе 2 может быть значительно больше 1, т.е. такой смеситель является одновременно усилителем сигнала, поступающего на вход 2. Однако, известный смеситель даже при условии f>f имеет К=-(5-6) дБ и коэффициент шума (5-6) дБ, вследствие чего его можно использовать в приемнике РЛС также лишь вместе с малошумящим усилителем и блоком питания. Причина этого состоит в следующем. На участке прохождения центрального проводника 6 (фиг.1 из описания полезной модели №40541) через диодную секцию 2 для выходного сигнала на частоте f=f-f, которая обычно не превышает 1-1,5 гГц, образуется разрыв внешнего проводника коаксиальной линии связи диода 7 с короткозамкнутым отрезком 4. Это эквивалентно коаксиальной линии, в которой последовательно с диодом 7 включено большое сопротивление, в результате чего через диод 7 течет очень малый ток на частоте f, что делает р небольшим, а К<1.
Недостатком известного преобразователя частоты является малый коэффициент передачи при высоком уровне шума.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в увеличении коэффициента передачи СВЧ смесителя и снижении уровня шума.
Сущность полезной модели состоит в том, что СВЧ смеситель содержит входной волноводный фильтр, подключенный к входу волноводной секции с соосными отверстиями в ее широких стенках, к одной широкой стенке которой подключен короткозамкнутый отрезок коаксиальной линии, а к другой широкой
стенке подсоединена коаксиальная линия с фильтром нижних частот, выполненные с единым центральным проводником. В разрыв центрального проводника коаксиальной линии включены последовательно соединеные диод и разделительный конденсатор, к точке соединения которых подключен один вывод резистора, другой вывод которого заземлен. Фильтр нижних частот, в котором установлен диод, выполнен в виде разомкнутого отрезка коаксиальной линии, длина которого равна четверти длины волны сигнала в волноводе, поступающего через входной волноводный фильтр.
Новым в предлагаемой полезной модели является введение второго входного волноводного фильтра, подключенного к второму входу волноводной секции и проводника, лежащего в плоскости отверстия волноводной секции, подключенного к ее внутренней поверхности и центральному проводнику выходной коаксиальной линии с фильтром нижних частот. Расстояние от оси центрального проводника короткозамкнутого отрезка коаксиальной линии и выходной коаксиальной линии до выхода входного волноводного фильтра равно нечетному числу четвертей длины волны сигнала в волноводе на входе второго входного волноводного фильтра, а расстояние от оси центрального проводника короткозамкнутого отрезка коаксиальной линии и выходной коаксиальной линии до выхода второго входного волноводного фильтра равно нечетному числу четвертей длины волны сигнала в волноводе на входе волноводного фильтра.
На фиг.1 представлена конструкция СВЧ смесителя. СВЧ смеситель содержит первый входной волноводный фильтр 1, волноводную секцию 2 с соосными отверстиями 3, второй входной волноводный фильтр 4, короткозамкнутый отрезок коаксиальной
линии 5, выходную коаксиальную линию 6 с фильтром нижних частот 7, единый центральный проводник 8, диод 9, разделительный конденсатор 10, резистор 11, проводник 12.
Входные волноводные фильтры 1 и 4 подключены к входам волноводной секции 2, которая выполнена с соосными отверстиями 3 в ее широких стенках. К одной широкой стенке подключен короткозамкнутый отрезок коаксиальной линии 5, а к другой широкой стенке подсоединена выходная коаксиальная линия 6 с фильтром нижних частот 7, выполненные с единым центральным проводником 8. В разрыв единого центрального проводника 8 включены последовательно соединенные диод 9, установленный в фильтре нижних частот 7, и разделительный конденсатор 10, к точке соединения которых подключен один вывод резистора 11, другой вывод которого заземлен. Фильтр нижних частот 7 выполнен в виде разомкнутого отрезка коаксиальной линии. Проводник 12, находящийся в плоскости соосного отверстия 3, ближайшего к диоду 9, соединяет единый центральный проводник 8 и корпус волноводной секции 2.
Входные волноводные фильтры 1 и 4 можно выполнить, например, из запредельных волноводов, так как они имеют наименьшие потери при одинаковом внеполосном запирании. В качестве разделительного конденсатора удобно использовать различного вида конструктивную емкость.
1
2
2
1
2
1
2
вых
СВЧ смеситель работает следующим образом: на вход 1 СВЧ смесителя поступает один СВЧ сигнал с частотой ƒ, на вход 2 - второй СВЧ сигнал с частотой ƒ и мощностью Р, причем f>f. В диоде 9 происходит образование сигнала с разностной частотой F=f-f и мощностью Р, который проходит через фильтр нижних частот 7 на выход СВЧ смесителя и является полезным сигналом.
Так как расстояние от оси единого центрального проводника 8 до выхода первого волноводного фильтра, в плоскости которого происходит закоротка сигнала, поступающего со второго входа, равно нечетному числу четвертей длины волны в волноводе этого сигнала, то в волноводе секции 2 в плоскости оси единого центрального проводника 8 устанавливается максимум электрического поля сигнала со второго входа. Так как расстояние от оси единого центрального проводника 8 до выхода второго волноводного фильтра, в плоскости которого происходит закоротка сигнала, поступающего с первого входа, равно нечетному числу четвертей длины в волноводе этого сигнала, то в волноводной секции 2 в той же плоскости оси единого центрального проводника устанавливается максимум электрического поля сигнала с первого входа.
1
2
1
2
вых
Таким образом, единый центральный проводник на частотах f и f возбуждается максимально. Чтобы создать в диоде 9 максимальный ток на частоте F, нужно устранить действие разрыва внешнего проводника коаксиальной линии на участке прохождения единым центральным проводником в волноводной секции 2, не ухудшая при этом достигнутых оптимальных условий возбуждения его на частотах f и f. Это делается с помощью проводника 12, который шунтирует большое сопротивление разрыва коаксиальной линии, создает через диод максимально возможный ток на частоте F и, соответственно, максимальную выходную мощность Р а, следовательно, и К значительно больший, чем у прототипа. На пространственное распределение входных сигналов проводник 12 не оказывает влияния, так как в плоскости отверстия 3, ближайшего к диоду, с помощью фильтра нижних частот, который представляет собой разомкнутый четвертьволноводный отрезок, создается
1
2
минимум напряжения стоячих волн на частоте f и близкой к ней частоте f.
Предлагаемое техническое решение позволяет получить СВЧ смеситель с коэффициентом передачи  и низком коэффициенте шума N≈2 дБ, что дает возможность, например, не использовать в приемниках РЛС малошумящих усилителей с блоками питания. Это дает существенное уменьшение веса, габаритов и стоимости приемника.