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 двухчастотных измерителях дальности и др.
Известен прецизионный фазовращатель (Дж. Альтмен, «Устройство СВЧ», перевод с англ., МИР, М, 1968 г., стр.210-212). Он состоит из входного и выходного переходников с прямоугольного волновода на круглый, двух поляризаторов, каждый из которых состоит из отрезка круглого волновода с диэлектрической пластиной, установленной под углом 45° к электрическому вектору входного СВЧ сигнала, и отрезка круглого волновода с полуволновой диэлектрической пластиной, который может вращаться посредством механического привода. При вращении этого волновода частота СВЧ выходного сигнала фазовращателя движется на величину, вдвое большую скорости вращения волновода, т.е. это устройство, является СВЧ преобразователем частоты.
Такой преобразователь частоты имеет следующие недостатки:
- вследствие механического вращения волноводной секции величина сдвига частоты не может превышать 100…150 гц;
- потери и величины отраженных сигналов в каждой волноводной секции с диэлектрическими пластинами различаются в ортогональных плоскостях, одна из которых совпадает с плоскостью диэлектрической пластины в каждой секции, что вызывает модуляцию амплитуды и фазы выходного сигнала преобразователя частоты. Это приводит к появлению в спектре его выходного сигнала составляющих с частотами входного и зеркального сигналов, амплитуды которых достигают значений - (18…20) дБ от полезного сигнала на смещенной частоте, что не позволяет использовать такой преобразователь частоты во многих системах обработки сигнала.
Известен синхронный фазовращатель (Хейфец А.Д., Мамонов А.И., Петляков Т.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 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.
Такой преобразователь частоты может производить сдвиг частоты СВЧ сигнала на значительную величину: до 100…150 кгц. Однако, наличие в составе преобразователя частоты поляризаторов с диэлектрическими пластинами будет приводить к модуляции его выходного СВЧ сигнала по амплитуде и фазе, в результате чего в спектре выходного сигнала образуются составляющие на частотах входного и зеркального сигналов с амплитудами - (23...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 несущей и зеркальной частот.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в уменьшении амплитуд сигналов несущей и зеркальной частот в выходном СВЧ сигнале преобразователя частоты.
Сущность полезной модели состоит в том, что СВЧ преобразователь частоты содержит два поляризатора и расположенную между ними волноводную ферритовую секцию.
Новым в предлагаемой полезной модели является введение двух поляризационных мостов, один из которых устанавливается на входе, а другой на выходе СВЧ преобразователя частоты. Кроме того, каждый поляризатор выполнен в виде отрезка либо круглого, либо 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.
Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с известными признаками позволяет успешно реализовать поставленную цель.
На фиг.1 представлен вариант конструкции СВЧ преобразователя частоты.
1
2
3
Предлагаемый поляризатор частоты содержит первый поляризационный мост 1, входной поляризатор, состоящий из отрезка круглого волновода 2, ферритового вкладыша в виде стержня 3 и магнитной системы 4, образующей в стержне 3 постоянное квадрупольное поле H; ферритовую секцию, состоящую из отрезка круглого волновода 5 с ферритовым вкладышем в виде стержня 6 и магнитной системы 7, создающей в стержне 6 вращающееся квадрупольное магнитное поле H; выходной поляризатор, состоящей из отрезка круглого волновода 8, ферритового вкладыша в виде стержня 9 и магнитной системы 10, образующей в стержне 9 постоянное квадрупольное поле Н; второй поляризационный мост 11.
Три ферритовых вкладыша 3, 6, 9 могут быть объединены в единый ферритовый стержень, на который наносится тонкий слой меди или серебра. Он образует круглый волновод, объединяющий три отрезка круглого волновода 2, 5, 8. Магнитная система каждого из двух поляризаторов может состоять из постоянных магнитов или из магнитопровода с обмотками с постоянным током.
СВЧ преобразователь частоты работает следующим образом:
0
На вход 1 поступает СВЧ сигнал E=Esinωt с линейной поляризацией;
0
Е - амплитуда сигнала;
ω - угловая частота.
3
2
После прохождения поляризационного моста 1 и входного поляризатора его поляризация становится круговой правого вращения. Далее этот СВЧ сигнал проходит через ферритовую секцию с вращающимся квадрупольным магнитным полем Н, величина которого обеспечивает дифференциальный фазовый сдвиг между двумя ортогональными СВЧ волнами равный 180°, приобретая при этом дополнительную фазу Ωt, где Ω - угловая частота вращения магнитного поля Н. При этом на выходе ферритовой секции образуется сигнал
со смещенной вверх частотой и круговой поляризацией.
После прохождения выходного поляризатора сигнал (1) приобретает линейную поляризацию и через поляризационный мост 11 поступает на первый выход СВЧ преобразователя частоты.
3
Если СВЧ сигнал с линейной поляризацией поступает на вход 2 СВЧ преобразователя частоты, то после прохождения поляризационного моста 1 и входного поляризатора он приобретает круговую поляризацию левого вращения. На выходе ферритовой секции с вращающимся квадрупольным магнитным полем Н образуется СВЧ сигнал
со смещенной вниз частотой и круговой поляризацией. После прохождения выходного поляризатора СВЧ сигнал (2) приобретает линейную поляризацию и поступает на выход 2 СВЧ преобразователя частоты.
Так как, работа ферритов в обоих поляризаторах происходит в начальной части кривой намагничивания (А.И.Мамонов, Ферритовая волноводная секция с квадрупольным магнитным полем и ее применение в управляемых СВЧ устройствах, Антенны, выпуск 9(136), 2008 г., стр.87), которая находится вдали от ферритового резонанса, то потери и КСВ в ортогональных плоскостях поляризаторов одинаковы и модуляция выходного СВЧ сигнала по фазе и амплитуде не происходит. Поэтому в спектре выходных сигналов СВЧ преобразователя составляющие на частотах входного и зеркального сигналов отсутствуют.
На практике уровень этих сигналов достигает - (38…40) дБ относительно полезного сигнала, что значительно (на 13…15 дБ) меньше, чем у прототипа и позволяет успешно использовать частоты в различных системах обработки сигнала.