Нвч-перетворювач частоти

1 НВЧ перетворювач частоти, що містить низькочастотний фільтр проміжної частоти, вхід якого є входом проміжної частоти НВЧ перетворювача частоти, смуговий фільтр частоти гетеродину, вхід якого є гетеродинним входом НВЧ перетворювача частоти, який відрізняється тим, що в ньому встановлені смуговий фільтр вихідної частоти, вихід якого є виходом НВЧ перетворювача частоти, перший та другий четверть хвильові смужкові відрізки зі об'єднаними входами, вихід низькочастотного фільтру проміжної частоти з'єднаний з об'єднаними входами двох чверть хвильових смужкових відрізків, вихід першого чет НВЧ (надвисокої частоти) перетворювач частоти відноситься до електричних пристроїв, зокрема до пристроїв, що застосовуються в телевізійних, релейних, радіолокаційних та подібних їм передавальних та прийомо-передавальних комплексах для зменшення габаритних розмірів, спрощення практичної реалізації, підвищення технічних та експлуатаційних характеристик НВЧ-перетворювач частоти у всіх випадках складається із змішувача частоти та вихідного фільтру, що виділяє корисну складову спектру верть хвильового смужкового відрізку з єднаний з анодом першого змішувального діоду, вихід другого четверть хвильового смужкового відрізку з'єднаний з катодом другого змішувального діоду і входом смугового фільтру вихідної частоти, катод першого змішувального діоду з'єднаний з анодом другого змішувального діоду, входом третього четверть хвильового смужкового відрізку і виходом смугового фільтру частоти гетеродину, вихід третього четверть хвильового смужкового відрізку з'єднаний з корпусною шиною 2 НВЧ перетворювач частоти за п 1, який відрізняється тим, що смуговий фільтр вихідної частоти реалізований на високодобротних діелектричних резонаторах та штирем зв'язку з можливістю переміщення відносно першого резонатору, а самі резонатори виконані у вигляді шайб з ЗОВНІШНІМ діаметром ( Я / 1 , 8 г 0 ' 5 . . . X I 2 , 2 ^ 0 ' 5 ) , 0 5 0 5 діаметром (Л/(),4є ' ...Л/(),$є ' ) 5 внутрішнім та товщиною 0 5 (Л/0,9є°' ...Л/Цє ' ). 3 НВЧ перетворювач частоти за п 1 та п 2, який відрізняється тим, що діелектричні резонатори виконані з в и со код об ротного та термостабільного матеріалу, включаючого І_аАІ0з, СаТЮз та АЬОз в слідуючих КІЛЬКІСНИХ співвідношеннях мас, % LaAIO3 СаТЮз АІ2О3 49,00 49,75, 49,00 49,75, 0,50 2,00 сигналу на виході змішувача Відомий НВЧ подвійний балансний змішувач на мікросмужкових ЛІНІЯХ (АС СРСР №1711320, кл Н 03 D 7/14, 1989р , АС СРСР № 1800581, кл Н 03 D 7/14,1993р), що містить гібридну схему, яка виконує одночасно функції фільтра живлення та розділення сигналу гетеродина та джерела постійного струму, кільцевий дюдний міст з чотирьох напівпровідникових ДІОДІВ, узгоджені тракти сигналу та гетеродину, виконані у вигляді одноканального копланарного хвилеводу і копланарної двох О ю о ю со 35025 проводної лінії ВІДПОВІДНО, струмопровідну перетинку та полосовий фільтр Сигнал гетеродину поступає на діагональ дюдного мосту через гібридну схему та копланарну двохпроводну ЛІНІЮ На другу діагональ дюдного мосту через полосовий фільтр, який виконує функції розділення каналів інформаційного сигналу та сигналу проміжної частоти, та відрізок одноканального копланарного хвилеводу поступає інформаційний сигнал Перетворений сигнал проміжної частоти знімається з дюдного мосту через той же відрізок одноканального копланарного хвилеводу та полосовий фільтр Очевидно, в силу ЛІНІЙНОСТІ схеми, що в якості інформаційного сигналу може виступати сигнал на проміжній частоті, а вихідним сигналом слугуватиме НВЧ сигнал Недоліками такого змішувача є необхідність ускладнення гібридної схеми, а також необхідність введення джерела постійного струму для введення напруги зміщення, велика КІЛЬКІСТЬ змішувальних напівпровідникових ДІОДІВ, а також конструктивна складність виконання струмопровідної перетинки або шляхом введення ще одного струмопровідного шару мікрополоскової підложки, або у вигляді ннвісного виконання Найбільш близьким по суті до пристрою, що заявляється, перетворювач частоти радіорелейних систем типу "КУРС" (Радиорелейные и спутниковые системы передачи Под ред А С Немировского Учебное пособте - М Радио и связь, - С 227 - 247 1986), що складається з фільтра низької частоти, що запобігає розповсюдженню коливань НВЧ в тракт проміжної частоти (ПЧ), вузькосмугового фільтру НВЧ, налаштованого на частоту гетеродину для ослаблення гармонік гетеродину, смугового фільтру на виході перетворювача частоти для виділення однієї бокової смуги частот Нелінійні елементи змішувача частоти два варактори, включені зустрічне і розташовані у хвилеводі Коливання гетеродину поступають на змішувач через смуговий фільтр і перший хвилеводний феритовий циркулятор Сигнал проміжної частоти підведений до спільної точки варакторів через ФНЧ (фільтр низької частоти) Сигнали НВЧ, що відбиваються від варакторів, які комутуються сигналом ПЧ, поступають через два хвилеводні феритові циркулятори на смуговий фільтр вихідної частоти (другий у вентильному включенні з навантаженням R узгоджує вхідний опір смугового фільтру вихідної частоти з вихідним опором змішувача) Але всякі узгоджуючі та вентильні схеми вносять додаткові втрати сигналу, збільшують габаритні розміри пристроїв, ускладнюють процес налагодження Крім того, при застосуванні мікрополоскових конструкцій бажане виконання їх в одношаровому варіанті реалізації, що неможливо в даній схемі, так як нелінійні елементи (в даному прикладі варактори) повинні мати контакт з корпусною шиною, а це затруднює ПІДВІД сигналу гетеродину Додаткові труднощі виникають при створенні смугового фільтру вихідної частоти при відношенні вихідної та проміжної частот більше як 100 Побудова такого фільтру на типових НВЧ-елементах призводить до збільшення конструктивних розмірів пристрою та ускладнення процесу налагодження його В основу винаходу поставлено задачу створення НВЧ-перетворювача частоти, в якому забезпечено зменшення його габаритних розмірів, спрощення практичної реалізації, поліпшення технічних та експлуатаційних характеристик Це досягається тим, що у відомому НВЧперетворювачеві частоти, що містить низькочастотний фільтр проміжної частоти, вхід якого є входом проміжної частоти НВЧ-перетворювача частоти, смуговий фільтр частоти гетеродину, вхід якого є гетеродинним входом НВЧ-перетворювача частоти, встановлено смуговий фільтр вихідної частоти, вихід якого є виходом НВЧ-перетворювача частоти, два чвертьхвильові смужкові відрізки з об'єднаними входами та два змішувальні діоди, причому анод першого змішувального діоду з'єднаний з виходом першого чвертьхвильового смужкового відрізку, катод другого змішувального діоду з'єднаний з виходом другого чвертьхвильового смужкового відрізку і входом смугового фільтру вихідної частоти, катод першого змішувального діоду з'єднаний з анодом другого змішувального діоду, входом третього чвертьхвильового смужкового відрізку і виходом смугового фільтру частоти гетеродину, вихід третього чвертьхвильового смужкового відрізку з'єднаний з корпусною шиною, вихід низькочастотного фільтру проміжної частоти підключений до об'єднаних входів двох чвертьхвильових смужкових відрізків, причому смуговий фільтр вихідної частоти реалізований на високодобротних діелектричних резонаторах та штирем зв'язку з можливістю переміщення відносно першого резонатору, а самі резонатори виконані у вигляді шайб з ЗОВНІШНІМ діаметром (А /1,8є° 5 А / 2,2є° ), внутрішнім діаметром (А / 0,4 є 0 5 А / 0,8є05) та товщиною (А / 0,9є 05 А / 1,1є05), де А довжина хвилі та є - діелектрична проникність, з матеріалу з діелектричною проникністю не менше 5000, що включає І_аАІ0з, СаТЮз та АЬОз в таких КІЛЬКІСНИХ співвідношеннях, мас % LaAIO3 49,00 49,75, СаТЮз 49,00 49,75, АІ2О3 0,50 2,00 На фігурі схематично зображений НВЧперетворювач частоти НВЧ-перетворювач частоти складається з низькочастотного фільтру 1 проміжної частоти, смугового фільтру 2 частоти гетеродину, смугового, фільтру 3 вихідної частоти, першого чвертьхвильового смужкового відрізку 4, другого чвертьхвильового смужкового відрізку 5, першого змішувального діоду 6, другого змішувального діоду 7, третього чвертьхвильового смужкового відрізку 8, вихід низькочастотного фільтру 1 проміжної частоти з'єднаний зі входами першого чвертьхвильового смужкового відрізку 4 та другого чвертьхвильового смужкового відрізку 5, вихід першого чвертьхвильового смужкового відрізку 4 з'єднаний з анодом першого змішувального діоду 6, вихід другого чвертьхвильового смужкового відрізку 5 з'єднаний з катодом другого змішувального діоду 7 та входом смугового фільтру 3 вихідної частоти, катод першого змішувального діоду 6 з'єднаний з анодом другого змішувального діоду 7, входом третього чвертьхвильового смужкового відрізку 8 та виходом смугового фільтру 2 частоти гетеродину, вхід низькочастотного фільтру 1 проміжної частоти є входом проміжної частоти НВЧ-перетворювача частоти, вхід смугового фільтру 2 частоти гетеродину є гетеродинним входом НВЧ-перетворювача частоти, вихід смугового фільтру 3 вихідної частоти є виходом НВЧ-перетворювача частоти Низькочастотний фільтр 1 проміжної частоти запобігає розповсюдженню коливань НВЧ частоти в тракт проміжної частоти і блокує спектральні складові в модульованому сигналі проміжної частоти, які могли б в результаті нелінійних перетворень на змішувальних діодах 6 та 7 потрапити в смугу пропускання смугового фільтру 3 вихідної частоти Реалізація такого фільтру можлива як на LC-елементах зосередженої селекції, так і на елементах мікрополоскової техніки і не викликає особливих труднощів Смуговий фільтр 2 частоти гетеродину служить для забезпечення монохроматичного сигналу гетеродину на вході змішувача частоти, тобто для подавления спектральних складових вищих гармонік сигналу гетеродину, тому реалізація такого фільтру теж не викликає утруднень і можлива навіть на елементах з невеликими добротностями та діелектричними проникностями Смуговий фільтр 3 вихідної частоти подавлює до нормованого рівня всі спектральні складові вихідного сигналу змішувача частоти, крім корисної складової вихідної частоти, що являє собою найбільш складну функцію фільтрації в пристрої, який заявляється Особливі труднощі пов'язані з подавлениям спектральних складових з частотою гетеродину та частотою, що відрізняється від вихідної частоти на подвоєну проміжну частоту Якщо перша складова залежить ще і від балансності змішувача частоти, то подавления другої складової залежить лише від параметрів смугового фільтру З вихідної частоти, а саме смуги пропускання, добротності, коефіцієнту прямокутності і т ін Якщо взяти до уваги нормовану смугу частот 28МГц, стандартну проміжну частоту 70МГц та вихідну частоту 12ГГц, то добротність смугового фільтру З вихідноі-ластоти повинна бути в межах 240 420, що можливо або при ускладнені побудови фільтра на типових НВЧ-елементах і збільшені конструктивних розмірів, або використанням в якості фільтруючих елементів високо добротних діелектричних резонаторів у вигляді шайб з матеріалу, що повинен мати діелектричну проникність не менше 5000 Таке конструктивне виконання призводить до віддалення другої моди резонаторів за межі робочої смуги частот Для усунення впливу реактивної складової вихідного опору змішувача, що звичайно забезпечують вентильні схеми, штир зв'язку виконаний з можливістю переміщення відносно першого резонатору смугового фільтру 3 вихідної частоти, що призводить до зміни величини зв'язку, а значить і компенсації реактивності вихідного опору 35025 змішувача частоти Матеріал, що має діелектричну проникність не менше 5000 на частотах 10 13ГГц, може бути отриманий з компонент І_аАІ0з, СаТЮз та АЬОз в слідуючих КІЛЬКІСНИХ співвідношеннях мас, % LaAIO3 49,00 49,75, СаТЮз 49,00 49,75, АІ2О3 0,50 2,00 Власне змішувач частоти виконаний на чвертьхвильових смужкових відрізках 4, 5 та 8, змішувальних діодах 6 та 7 Сигнали гетеродину на вхід смугового фільтру 2 вихідної частоти проходить двома шляхами - через змішувальний діод 7, - через змішувальний діод 6, чвертьхвильові смужкові відрізки 4 та 5 При однакових параметрах змішувальних ДІОДІВ 6 та 7 ЦІ сигнали гетеродину прийдуть в протифазі (два чвертьхвильові смужкові відрізки 4 та 5 внесуть фазовий зсув 180°) і взаємознищаться В той же час сигнал гетеродину управляє змішувальними діодами 6 та 7 протифазно, тобто результат змішування на катоді змішувального діоду 7 протифазний результатові змішування на анода змішувального діоду 6, але два чвертьхвильові смужкові відрізки 4 та 5 внесуть фазовий зсув 180°, тому на вході смугового фільтру 3 вихідної частоти ці сигнали просумуються, збільшуючи тим самим коефіцієнт перетворення Третій чвертьхвильовий смужковий відрізок 8 забезпечує формування сигналів змішувача частоти на вході смугового фільтру 3 вихідної частоти відносно земляної шини, оскільки вихід третього чвертьхвильового смужкового відрізку 8 з'єднаний з нею Мінімальне число елементів і простота змішувача сигналів, відсутність зв'язків виводів змішувальних ДІОДІВ 6 та 7 з земляною шиною, можливість виконання топології мікрополоскової реалізації в одношаровому варіанті та застосування безкорпусних діодних збірок дозволяє виконати його в мінімальних габаритах та підвищити його надійність в роботі Наприклад, при застосуванні діодних збірок типу У-ЗА102Г-3 змішувач сигналів має слідуючі характеристики діапазон частот від1 до ЗбГГц, коефіцієнт перетворення від 4 до 6дБ, потужність на гетеродинвід 6 до 25мВт, ному вході максимальна вихідна до 2мВт, потужність габаритні розміри до8 х 6 х 1 мм Враховуючи такі розміри змішувача, а також можливість виконання всього пристрою в мікрополосковому виконанні на одній ПІДЛОЖЦІ, габаритні розміри його не перевищують 20 х 20 х 10мм при високій надійності та простоті практичної реалізації Пристрій розроблений в Інституті електроніки та зв'язку УАН ТП, пройшов випробування і впроваджений в телекомунікаційній системі "МІТРІС" 35025 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90