Квазіоптичний суматор потужностей

1. Квазіоптичний суматор потужностей, що містить решітку напівпровідникових хвилевідних модулів, першу і другу решітки пристроїв зв'язку, 3 17322 4 зниження фазових шумів і підвищення стабільносності антенної решітки як спільного резонатора ті частоти в таких суматорах завдяки високої добсуматора, а також у наявності конкуруючих некоротності відкритих резонаторів. герентних режимів збудження багатоелементної Причина, що перешкоджає одержанню високої напівпровідникової системи поряд з режимом взастабільності частоти і низького рівня фазових шуємної синхронізації елементів. мів, полягає в тому, що для функціонування сумаВ основу корисної моделі поставлено задачу торів в режимах з високим коефіцієнтом корисної удосконалити відомий квазіоптичний суматор події об'єднання зовнішня добротність відкритих ретужностей шляхом створення високодобротного зонаторів має бути тим нижча, чим більша кільвідкритого резонатора і стійкої взаємної синхронікість елементів об'єднується. зації напівпровідникових елементів, що забезпеВ другому типі відомих квазіоптичних суматочить високу стабільність частоти і низький рівень рів підвищення потужності відбувається за рахунок фазових шумів суматора. підсилення сигналу двомірними плоскими решітПоставлена задача вирішується тим, що у віками, складеними із десятків, а інколи і сотень домому квазіоптичному суматорі потужностей, що транзисторних підсилювачів [дивись, наприклад, містить решітку напівпровідникових хвилевідних Quasi-Optical Planar Arrays with FET and Slots, IEEE модулів, першу і другу решітки пристроїв зв'язку, Trans., 1993, vol. MTT-41, no. 10, A 100-Element розташованих з двох сторін відносно решітки моHBT Grid Amplifier, IEEE Trans., 1993, vol. MTT-41, дулів так, що осі хвилеводів перпендикулярні реA Passive Horn Structure with Transitions to шіткам, а перша решітка пристроїв зв'язку виконаMicrostrip for Quasi-Optical Amplifier Arrays, 4-th Int. на у вигляді мікрострічкової антенної решітки, Conf. MM and SubMM Waves and Applications, згідно з корисною моделлю на відстані від другої 1998]. Принцип дії суматорів засновано на принрешітки пристроїв зв'язку перпендикулярно осям ципах функціонування антенних решіток, коли похвилеводів розміщено рефлектор так, що він у тужності окремих активних елементів складаються сукупності з другою решіткою пристроїв зв'язку у просторі. Слід зазначити, що решітки транзистоутворює відкритий резонатор, а пристрої зв'язку рних модулів цікаві як підсилювачі у складі передругої решітки виконані як пристрої зв'язку з відкдавачів сигналів з широкою смугою частот. Але ритим резонатором. гетеродини, які можуть бути розроблені завдяки В іншій конкретній формі виконання пристрої існуючої в решітках електродинамічної взаємодії зв'язку другої решітки виконані у вигляді металеактивних елементів, будуть мати низьку стабільвих дифракційних грат, нанесених на діелектричні ність частоти і високий рівень фазових шумів, підкладки, які розташовані в перерізах хвилеводів. оскільки добротність резонаторної системи таких Таким чином, за допомогою відкритого резосуматорів не здатна перевищити декілька десятків натора, який утворено рефлектором і другою реодиниць. шіткою пристроїв зв'язку, забезпечено режим стійНайбільш близьким до об'єкта, що заявляєтької взаємної синхронізації коливань ся, є квазіоптичний суматор потужностей [A напівпровідникових елементів в той час як потужPerpendicularly-Fed Patch Array for Quasi-Optical ності випромінювання елементів складаються у Power Combining, 1999 IEEE Microwave Theory просторі за допомогою першої антенної решітки з Tech. Symp. Digest, pp. 667-670], який містить ревисоким коефіцієнтом корисної дії. Низький рівень шітку напівпровідникових хвилевідних модулів і дві фазових шумів забезпечено високою добротністю решітки пристроїв зв'язку. Решітка модулів розтавідкритого резонатора, у тому числі високою зовшована проміж решіток пристроїв зв'язку таким нішньою добротністю. Саме тому друга решітка чином, що осі хвилеводів перпендикулярні решітпристроїв зв'язку повинна забезпечити достатньо кам, а решітки пристроїв зв'язку виконані як мікрослабкий зв'язок хвилеводів з резонатором, і пристрічкові антенні решітки, які збуджуються відрізстрої зв'язку можуть бути виконані, як пропонуєтьками перпендикулярно розташованих хвилеводів. ся, у вигляді металевих дифракційних грат, нанеНайбільш суттєва відмінна риса суматора сених на діелектричні підкладки, які розташовані в перпендикулярне розміщення решіток пристроїв перерізах хвилеводів. зв'язку - робить можливим використання багатокаСуть корисної моделі пояснюється ілюстраціскадних напівпровідникових модулів і технологічно ями: на Фіг.1 зображено схему квазіоптичного суцікаве у разі компанування цих модулів у шари. матора потужностей, а на Фіг.2 - осьовий переріз Привабливим для короткохвильової частини НДВЧ одного із модулів. діапазону є також складання потужностей у просЗапропонований квазіоптичний суматор місторі, оскільки апаратура у цьому діапазоні часто тить решітку 1 напівпровідникових хвилевідних будується на квазіоптичних принципах. Таким чимодулів 2, розміщену проміж решітки 3 пристроїв ном, відомий квазіоптичний суматор є придатним зв'язку з простором і решітки 4 пристроїв зв'язку з для розроблення багатоелементного джерела відкритим резонатором. Відкритий резонатор коливань потрібної для гетеродинів потужності у утворено із решітки 4 і рефлектора 5. Осі хвилевікороткохвильовій частині НДВЧ діапазону, якщо дних модулів 2 паралельні осі симетрії квазіоптичдля взаємної синхронізації напівпровідникових ного суматора потужностей і водночас перпендиелементів застосовано електродинамічний зв'язок кулярні поверхням решіток 3 і 4. Рефлектор 5 хвилеводів. розміщено перпендикулярно осі симетрії квазіопПричини, що перешкоджають застосуванню тичного суматора на деякій відстані від решітки 4. відомого квазіоптичного суматора як гетеродина з Рупорна антена 6 призначена для каналізації вивисокою стабільністю частоти і низьким рівнем промінювання антенної решітки 3 із простору у фазових шумів, полягають у надто низькій добротхвилевод і не є обов'язковою складовою квазіоп 5 17322 6 тичного суматора. Пристрої зв'язку решітки 4 мобудуть взаємно синхронізовані, коли рефлектор 5 жуть бути виконані у вигляді металевих дифракбуде установлено на певній (резонансній) відстані ційних грат 7. від решітки 4 пристроїв зв'язку. Синхронізація відБільш детально будова окремого напівпровідбувається за рахунок спільного для модулів поля никового модуля і пристроїв зв'язку цього модуля відкритого резонатора. Коефіцієнт зв'язку хвилепоказано на Фіг.2. Окремі напівпровідникові модулі водів 10 з відкритим резонатором має бути мініз двома пристроями зв'язку кожного із модулів мально достатнім за критерієм взаємної синхроніскладають решітку 1 напівпровідникових хвилевозації. У цьому разі фазові шуми суматора дних модулів і дві решітки 3 і 4 пристроїв зв'язку, потужностей будуть мінімальними. Оптимізувати відповідно. Пристрої зв'язку з відкритим резонатовеличину коефіцієнта зв'язку можна за допомогою ром містять металеві дифракційні грати 7, нанесевибору коефіцієнта заповнення металевих дифрані на діелектричні підкладки 8. Діелектричні підккційних грат 7 на діелектричній підкладці 8. Техніладки 8 змонтовані в відрізках хвилеводів, а саме чне рішення пристрою зв'язку щойно запропонов отворах з прямокутним перерізом, що містяться вано нами поряд з методом математичного у металевій пластині 9. Розміри прямокутного пемоделювання такого пристрою. Такий пристрій рерізу можуть відрізнятися від розмірів переріза зв'язку технологічно придатний для використання хвилеводу 10. На Фіг.2 зображено устрій двохтрау короткохвильовій частині НДВЧ діапазону, тому нзисторного модуля. Хвилевод 10 у сукупності з що діелектрична підкладка 8 виконана, наприклад, мікрострічковою лінією 11 складає електродинамііз полікору, цілком заповнює переріз хвилеводу 10, чну лінію для підключення монолітних транзистоа металеві грати 7 можуть бути нанесені на поверрів 12. За допомогою цієї лінії збуджується мікрохню підкладки методами фотолітографії. стрічкова антена, що містить металевий резонатор Потужності джерел коливань складаються у 13 на діелектричній підкладці 14. Погодження імпросторі за допомогою антенної решітки 3 так сапедансів мікрострічкової антени і мікрострічкової мо як це вирішено у прототипі. Наприклад, може лінії 11 відбувається за допомогою щілини прямобути використана рупорна антена 6 для каналізації кутного переріза у металевій пластині 15. випромінювання антенної решітки 3 із простору у Запропонований квазіоптичний суматор потухвилевод. Можливе також застосування лінз для жностей поєднує принцип синхронізації (і одночасзв'язку з квазіоптичними лініями, або безпосередно стабілізації частоти) джерел коливань за допонє збудження розділювальної пластини квазіоптимогою високодобротного відкритого резонатора і чного напівпровідникового змішувача. Джерела принцип суперпозиції у просторі електромагнітних коливань доцільно розробити таким чином, щоб полів, які створюються джерелами коливань, за імпеданс мікрострічкової лінії 11 у хвилеводі 10 методами антенних решіток. Суматор працює тадорівнював імпедансу електродинамічної структуким чином. Напівпровідникові модулі містять мори "мікрострічкова антена 13-14 з щілиною збунолітні транзистори 12 (один чи декілька) підклюдження у металевому екрані 15". Взаємні відстані чені до мікрострічкової лінії 11, яка у сукупності з модулів джерел коливань не повинні перевищувахвилеводом 10 складає електродинамічну лінію з ти однієї довжини хвилі, як це обгрунтовується у імпедансом, узгодженим з імпедансом транзистотеорії антенних решіток, щоб уникнути появи бокорів 12. Кожен з модулів перетворюється у джерело вих пелюстків. Не обов'язково дотримуватися пеколивань, якщо до транзисторів 12 подати необріодичного розміщення джерел коливань. З точки хідну потужність постійного струму, а зі сторони зору ефективності збудження відкритого резонавходів транзисторів 12 на певній відстані утворити тора існують більш оптимальні розміщення. Має неоднорідність, що має достатньо високий коефітакож значення таке розміщення пристроїв зв'язку цієнт відбиття. Такою неоднорідністю у нашому на рефлекторах, що дає уникнути сильного взаємвипадку є металеві дифракційні грати 7 на діелекного зв'язку модулів коливань. (Теоретично зв'язок тричній підкладці 8. Якщо транзисторні модулі може бути зменшений до нуля). Щойно нами заоб'єднують у шари підсилювачів - потужність поспропоновані математичні моделі, які дадуть можтійного струму може бути подана на транзистори ливість оптимізувати взаємне розміщення модулів. 12 у спосіб, як це запропоновано у прототипі. ЗаТаким чином, запропоновано технічне рішення уважимо, що модулі хвилеводних джерел коликвазіоптичного суматора потужностей джерел ковань для даного квазіоптичного суматора можуть ливань, яке сповна використовує енергетичні мобути також утворені на основі діодів Гана, лавинжливості активних елементів при мінімальних вино-прольотних діодів або на транзисторах будь тратах потужностей на стабілізацію частоти і яке якого типу, не обов'язково в монолітному виконантехнологічно придатне для використання у коротні. кохвильовій частині НДВЧ діапазону. Джерела коливань, які незалежно генерують, 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 17322 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601