СВЧ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Предлагаемое техническое решение относится к технике СВЧ и может использоваться в различных радиотехнических системах, например, в системах измерения и подстройки фазы, в имитаторах цели с доплеровским сдвигом частоты, в двухчастотных измерителях дальности и др.
Известен синхронный фазовращатель (Хейфец А.Д., Мамонов А.И., Петляков Г.Я., Влияние неидеальности элементов синхронного фазовращателя на его параметры, ВРЭ, сер.ОВР, 1985 г., вып.6). Он содержит входной и выходной переходники с прямоугольного волновода на круглый с поглотителями ортогональной поляризации и два поляризатора, каждый из которых состоит из отрезка круглого волновода с с диэлектрической пластиной, установленной под углом 45° к электрическому вектору входного СВЧ сигнала. В его состав входит ферритовая волноводная секция, состоящая из отрезка круглого волновода, в котором находится ферритовый вкладыш в виде стержня или трубки и магнитной системы, создающей в ферритовом вкладыше вращающееся квадрупольное магнитное поле. Если величина этого поля такова, что между двумя ортогональными волнами в волноводе с ферритом создается дифференциальный фазовый сдвиг 180°, то частота выходного СВЧ сигнала синхронного фазовращателя смещается на величину, равную частоте вращения квадрупольного магнитного поля. Поэтому синхронный фазовращатель является преобразователем частоты.
Наличие в составе преобразователя частоты поляризаторов с диэлектрическими пластинами будет приводить к модуляции его выходного сигнала по амплитуде и фазе, в результате чего в спектре входного сигнала образуются составляющие на частотах входного и зеркального сигналов с амплитудами = (20…25) дБ относительно полезного сигнала на смещенной частоте. Это делает невозможным эффективное использование синхронного фазовращателя, например, в фазорегулирующих системах с цифровой обработкой сигналов, которая получила в настоящее время широкое распространение.
Недостатком известного преобразователя частоты является высокий уровень на его выходе сигналов входной и зеркальной частот.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является «СВЧ преобразователь частоты» (RU №115987 U1 опубл. 10.05.2012, МПК H03D 7/00). Он содержит входной и выходной поляризационные мосты и два поляризатора, каждый из которых выполнен в виде отрезка круглого или квадратного волновода с установленным внутри него ферритовым вкладышем в виде трубки или стержня, и магнитной системы снаружи него, создающей в ферритовом вкладыше постоянное квадрупольное магнитное поле. В состав СВЧ преобразователя частоты входит ферритовая секция, состоящая из отрезка круглого волновода, в котором находится ферритовый вкладыш в виде стержня или трубки, и магнитной системы, создающей в ферритовом вкладыше вращающееся квадрупольное магнитное поле. Если величина этого поля такова, что между двумя ортогональными волнами в волноводе с ферритом создается дифференциальный фазовый сдвиг 180°, то частота сигнала на выходе СВЧ преобразователя частоты сдвигается на величину, равную частоте вращения управляющего магнитного поля.
Недостатком такого СВЧ преобразователя частоты является ограничение по величине частоты сдвига, которая на практике не превышает 80…100 кгц. Это происходит вследствие уменьшения величины управляющего магнитного поля в СВЧ феррите с ростом частоты его вращения из-за экранирования этого поля стенкой волновода ферритовой секции за счет увеличения вихревых токов в ней. Кроме того при росте частоты вращения управляющего магнитного поля увеличивается скорость перемагничивания как СВЧ феррита, так и феррита магнитопровода ферритовой секции, что приводит к уменьшению наклона характеристики намагничивания СВЧ феррита и соответственно к уменьшению величины его намагниченности.
В результате с ростом частоты вращения управляющего магнитного поля, дифференциальный фазовый сдвиг в ферритовой секции становится меньше 180° и в выходном сигнале СВЧ преобразователя частоты появляются составляющие на входной и зеркальной частотах с недопустимо большими амплитудами. Кроме того, при этом происходит сильное нагревание ферритовой секции, что ухудшает условия ее эксплуатации.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в увеличении предельного значения частоты сдвига при сохранении низких значений амплитуд составляющих на входной и зеркальной частотах в выходном сигнале СВЧ преобразователя частоты без перегрева ферритовой секции.
Сущность полезной модели состоит в том, что СВЧ преобразователь частоты содержит два поляризатора и расположенную между ними волноводную ферритовую секцию, а также два поляризационных моста, установленных один на входе, другой на выходе СВЧ преобразователя частоты, причем каждый поляризатор выполнен в виде отрезка либо круглого, либо квадратного волновода с установленным внутри него вкладышем в виде трубки или стержня, а снаружи него - магнитной системы, создающей в ферритовом вкладыше постоянное квадрупольное магнитное поле.
Новым в предлагаемой полезной модели является введение линии связи, соединяющей оба выхода второго поляризационного моста, а второй вход первого поляризационного моста является выходом СВЧ преобразователя частоты.
На фиг.1 представлен вариант конструкции СВЧ преобразователя частоты.
Предлагаемый преобразователь частоты содержит первый поляризационный мост 1, входной поляризатор 2, ферритовую секцию 3, выходной поляризатор 4, второй поляризационный мост 5, линия связи (волновод) 6. магнитная система 7.
Магнитная система каждого из двух поляризаторов может состоять из постоянных магнитов или магнитопровода с обмотками с постоянным током.
СВЧ преобразователь частоты работает следующим образом.
0sinωt
На вход поступает СВЧ сигнал E=E;
0
E - амплитуда сигнала;
ω - угловая частота;
После прохождения этого сигнала через поляризационный мост 1, поляризатор 2, ферритовую секцию 3, поляризатор 4, поляризационный мост 5 на одном из его выходов образуется сигнал:
1
0
E=ESin(ω+Ω)t, где
Ω - угловая частота вращения управляющего магнитного поля.
Этот сигнал через волновод 6 поступает на второй выход поляризационного моста 5 и вследствие пространственного поворота его электрического вектора входного сигнала, а также за счет невзаимного характера поляризаторов 2 и 4 после прохождения сигнала в обратном направлении на выходе СВЧ преобразователя образуется сигнал
2
0
E=ESin(ω+2Ω)t.
Если изменить направление вращения управляющего магнитного поля, то на выходе СВЧ преобразователя частоты образуется сигнал
3
0
E=ESin(ω-2Ω)t.
11
Прохождение прямого и обратного сигналов через СВЧ преобразователь происходит независимо, т.к. во всех его составных частях они пространственно ортогональны, что определяется возможностью независимого распространения двух пространственно ортогональных волн H в круглом волноводе.
Таким образом, предлагаемый СВЧ преобразователь частоты производит сдвиг частоты выходного СВЧ сигнала в два раза больший, чем у прототипа. Так как токи в обмотках магнитной системы ферритовой секции и, соответственно, величина управляющего магнитного поля в СВЧ феррите не изменяются, то дифференциальный фазовый сдвиг остается равным 180° и модуляция выходного сигнала по амплитуде и фазе не происходит, вследствие чего в его спектре отсутствуют составляющие на входной и зеркальной частотах. Поскольку в ферритовой секции не изменяются ни амплитуды, ни частота токов в обмотках, то ее тепловой режим остается неизменным.