Транзисторний перетворювач частоти міліметрового діапазону довжини хвиль

Транзисторний перетворювач частоти міліметрового діапазону довжин хвиль, що містить відрізок першого прямокутного хвилеводу, діелектричну пластину, встановлену посередині широких стінок хвилеводу, площина якої паралельна його вузьким стінкам, лицева та зворотна сторони якої містять друковані провідники, конденсатор малої ємності і два ідентичних надвисокочастотних польових або біполярних транзистори з ланцюгами зміщення, встановлених на лицевій стороні пластини і з'єднаних зі згаданими друкованими провідниками на цій стороні пластини, який відрізняється тим, що перетворювач містить другий прямокутний хвилевід, який перетинає площину пластини і виконаний короткозамкненим з боку одного зі своїх торців, причому широка і вузька стінки другого хвилеводу перпендикулярні широкій стінці першого хвилеводу, а вузька стінка першого хвилеводу перпендикулярна вузькій і паралельна широкій стінкам другого хвилеводу; друкований провідник на зворотній стороні пластини виконаний суцільним, за винятком області, прилеглої до одного її торця, та області перетину другого прямокутного хвилеводу з пластиною; в області зга U 2 (19) 1 3 довжини хвилі на центральній частоті робочого діапазону, до кінців якого приєднані затвори транзисторів. За рахунок такого розташування транзисторів до затворів напруга гетеродину підводиться в протифазі. Витоки транзисторів мають гальванічний контакт із земляним провідником мікросмужкових ліній. Стоки транзисторів з'єднані між собою за допомогою конденсатора і приєднані до однакових симетрично розташованих відрізків мікросмужкових ліній, протилежні кінці яких через конденсатори малої ємності приєднуються до мікросмужкової лінії, яка утворює тракт подачі напруги сигналу. Протифазні сигнали проміжної частоти виводяться через під'єднані до стоків транзисторів мікросмужкові фільтри низької частоти. За рахунок малої ємності конденсаторів сигнали проміжної частоти не потрапляють в тракти сигналу. Конденсатор між стоками транзисторів еквівалентний короткому замиканню на надвисокій частоті, тому напруги гетеродину на стоках транзисторів, що мають зсув фази 180°, взаємно компенсуються і, таким чином, теж не потрапляють в тракт сигналу. Оскільки ємність цього конденсатора мала, конденсатор також не впливає на режим роботи змішувача на проміжній частоті. Тракт гетеродину, в свою чергу, розв'язаний від напруги сигналу, оскільки мікросмужкова лінія, що з'єднує затвори транзисторів, вносить зсув фаз 180°, і сумарна напруга сигналу стає рівною нулю в точці подачі напруги гетеродину. Описана конструкція має наступні недоліки. По-перше, оскільки довжина мікросмужкової лінії між затворами транзисторів дорівнює приблизно половині довжини хвилі, протифазність напруг гетеродину і напруг сигналу буде спостерігатись лише у вузькій смузі частот. По-друге, несиметричне включення затворів транзисторів порушує балансність схеми. По-третє, незалежні ланцюги виводу синфазного і протифазного сигналів проміжної частоти розташовані з протилежних боків пластини, що при високій проміжній частоті призводить до складностей при зчленуванні з малошумлячим підсилювачем проміжної частоти виконаним, як правило, по небалансній схемі. Нарешті, зосереджені конденсатори, що використовуються в ланцюгах подачі сигналу, в міліметровому діапазоні мають або значні втрати і значно послаблюють рівень сигналу, або велику вартість і значно здорожують кінцевий виріб. В основу корисної моделі поставлене завдання удосконалення транзисторного перетворювача частоти міліметрового діапазону довжин хвиль, в якому за рахунок застосування симетричних частотно-незалежних ланцюгів подачі протифазних напруг гетеродину і синфазних напруг сигналу розширюється смуга робочих частот та покращується балансність схеми; відмова від незалежних ланцюгів виводу проміжної частоти дозволяє уникнути необхідності використання додаткових балансуючих ланцюгів і фільтрів низької частоти, зменшуючи розмір перетворювача і, таким чином, зменшуючи втрати в трактах; а відсутність конденсаторів в тракті подачі сигналу зменшує втрати і підвищує ефективність перетворення в міліметровому діапазоні довжин хвиль. 56606 4 Поставлене завдання вирішується тим, що транзисторний перетворювач частоти міліметрового діапазону довжин хвиль містить відрізок першого прямокутного хвилеводу і діелектричну пластину, встановлену посередині його широких стінок, площина якої паралельна вузьким стінкам. Лицева та зворотна сторони пластини містять друковані провідники, конденсатор малої ємності та два ідентичних надвисокочастотних польових або біполярних транзистора з ланцюгами зміщення, встановлених на лицевій стороні пластини і з'єднаних зі згаданими друкованими провідниками на цій стороні пластини. Також перетворювач містить другий прямокутний хвилевід, який перетинає площину пластини і виконаний короткозамкненим з боку одного зі своїх торців, причому широка і вузька стінки другого хвилеводу перпендикулярні широкій стінці першого хвилеводу, а вузька стінка першого хвилеводу перпендикулярна вузькій і паралельна широкій стінкам другого хвилеводу. Друкований провідник на зворотній стороні пластини виконаний суцільним, за винятком області, прилеглої до одного її торця, та області перетину другого прямокутного хвилеводу з діелектричною пластиною. В області згаданого торця пластини друковані провідники на лицевій стороні виконані у формі розташованих одна за одною двох двосмужкових ліній, вісі яких паралельні повздовжній вісі першого хвилеводу. Перша з цих двосмужкових ліній біля згаданого торця пластини закінчується двома ідентичними опозитно спрямованими прямокутними або секторальними зондами, які не мають гальванічного контакту із широкими стінками хвилеводу і розташовані поза проекцією друкованого провідника зворотної сторони пластини. До кожного провідника цієї двосмужкової лінії з протилежних до зондів кінців приєднані затвори (бази) вказаних транзисторів, стоки (колектори) яких приєднані до провідників другої двосмужкової лінії, а витоки (емітери) мають гальванічний контакт з провідником на зворотній стороні пластини. Конденсатор малої ємності встановлено між провідниками другої двосмужкової лінії на відстані, що приблизно дорівнює чверті довжини хвилі на центральній частоті робочого діапазону, від стоків (колекторів) транзисторів. В області перетину другого хвилеводу з діелектричною пластиною друга двосмужкова лінія містить розширені провідники, а з боку торця пластини, протилежного до зондів, біля згаданої області перетину до цих провідників приєднані прямокутні або секторальні провідники довжиною, що приблизно дорівнює чверті довжини хвилі на центральній частоті робочого діапазону. В області торця пластини, протилежного до зондів, вздовж провідників другої двосмужкової лінії розташовується третій, причому крайні провідники з'єднуються гальванічно перемичками, а всі три провідника виконані у формі екранованої копланарної лінії. На фіг. 1 зображено конструкцію запропонованого перетворювача частоти, де 1 - перший прямокутний хвилевід; 2 - діелектрична пластина; 3 конденсатор малої ємності; 4 - надвисокочастотні польові (біполярні) транзистори; 5 - другий прямокутний хвилевід, короткозамкнений з боку одного зі 5 своїх торців; 6 - перша двосмужкова лінія; 7 - опозитно спрямовані зонди; 8 - друга двосмужкова лінія; 9 - розширені провідники другої двосмужкової лінії; 10 - секторальні провідники довжиною, що приблизно дорівнює чверті довжини хвилі на центральній частоті робочого діапазону; 11 - третій провідник екранованої копланарної лінії; 12 - перемички. Запропонований транзисторний перетворювач частоти складається (фіг. 1) з першого прямокутного хвилеводу 1, діелектричної пластини 2, встановленої посередині широких стінок хвилеводу 1, площина якої паралельна вузьким стінкам. Лицева та зворотна сторони пластини містять друковані провідники, конденсатор 3 малої ємності і два ідентичних надвисокочастотних польових або біполярних транзистора 4 з ланцюгами зміщення (на фігурі спеціально не показані), встановлених на лицевій стороні пластини. Також перетворювач містить другий прямокутний хвилевід 5, який перетинає площину пластини 2 і виконаний короткозамкненим з боку одного зі своїх торців, причому широка і вузька стінки другого хвилеводу 5 перпендикулярні широкій стінці першого хвилеводу 1, а вузька стінка першого хвилеводу 1 перпендикулярна вузькій і паралельна широкій стінкам другого хвилеводу 5. Друкований провідник на зворотній стороні пластини 2 виконаний суцільним, за винятком області, прилеглої до одного її торця, та області перетину другого прямокутного хвилеводу 5 з пластиною 2. В області згаданого торця пластини друковані провідники на лицевій стороні виконані у формі розташованих одна за одною двох двосмужкових ліній, вісі яких паралельні повздовжній вісі першого хвилеводу 1. Перша з цих двосмужкових ліній 6 біля згаданого торця пластини закінчується двома ідентичними опозитно спрямованими прямокутними або секторальними зондами 7, які не мають гальванічного контакту із широкими стінками хвилеводу і розташовані поза проекцією друкованого провідника зворотної сторони пластини (див. фіг. 2). До кожного провідника цієї двосмужкової лінії з протилежних до зондів кінців приєднані затвори (бази) транзисторів 4, стоки (колектори) яких приєднані до провідників другої двосмужкової лінії 8, а витоки (емітери) мають гальванічний контакт з провідником на зворотній стороні пластини. Конденсатор 3 малої ємності встановлено між провідниками другої двосмужкової лінії 8 на відстані, що приблизно дорівнює чверті довжини хвилі на центральній частоті робочого діапазону, від стоків (колекторів) транзисторів 4. В області перетину другого хвилеводу з діелектричною пластиною 2 друга двосмужкова лінія 8 містить розширені провідники 9, а з боку торця пластини 2, протилежного до зондів 7, біля згаданої області перетину до цих провідників приєднані прямокутні або секторальні провідники 10 довжиною, що приблизно дорівнює чверті довжини хвилі на центральній частоті робочого діапазону. В області торця пластини 2, протилежного до зондів 7, вздовж провідників двосмужкової лінії 10 розташовується третій провідник 11, а крайні провідники з'єднуються гальванічно перемичками 12. 56606 6 Запропонований перетворювач працює наступним чином. Перехід з прямокутного хвилеводу на двосмужкову лінію, утворений зондами 7 разом з друкованим провідником на зворотній стороні пластини, згідно до поляризації електричного поля у хвилі основного типу прямокутного хвилеводу 1 Н10 збуджує у двосмужковій лінії 6 хвилю непарного типу, тобто хвилю, електричні поля якої у двох провідниках двосмужкової лінії 6 спрямовані протилежно. Таким чином, при подачі напруги гетеродину через прямокутний хвилевід 1 на один затвор транзистора 4 ця напруга поступає в фазі, а на інший - в протифазі, причому зсув фаз 180° не залежить від частоти. Напруга сигналу через другий хвилевід 5 синфазно подається на обидва провідника двосмужкової лінії 8. Синфазне збудження цієї лінії здійснюється за допомогою переходу, утвореного провідниками двосмужкової лінії 8, ефективно закороченими по надвисокій частоті чвертьхвильовими прямокутними чи секторальними шлейфами 10. Чисельні експерименти показали, що наявність розширених частин 9 провідників двосмужкової лінії 8 в області перетину хвилеводу 5 з пластиною 2 дає можливість покращити ефективність і розширити робочу смугу переходу. Таким чином, на транзистори 4 поступають синфазні напруги сигналу і протифазні напруги гетеродину, тому сигнали проміжної частоти, що виділяються на стоках (колекторах) транзисторів 4, також мають частотно-незалежний зсув фаз 180°. Для стикування перетворювача з небалансними пристроями на кінці двосмужкової лінії 8 виконаний перехід на екрановану копланарну лінію передачі шляхом розташування поряд з лінією 8 ще одного провідника 11 і з'єднання крайніх провідників перемичками 12. Використання копланарної лінії також зменшує рівень проникнення напруги сигналу в тракт проміжної частоти, оскільки сигнал надвисокої частоти розповсюджується на парній моді, а проміжної - на непарній. Щоб запобігти проникненню напруги гетеродину в тракт проміжної частоти, використовується конденсатор 3 малої ємності, величина якого підібрана такою, щоб створити між провідниками лінії 8 режим короткого замикання на надвисокій частоті і холостого ходу на проміжній. Оскільки напруги сигналу в провідниках двосмужкової лінії 8 синфазні, конденсатор З не впливає на режим роботи перетворювача по сигналу. Для підвищення ефективності перетворення частоти конденсатор 3 розташований на відстані приблизно чверті довжини хвилі від стоків (колекторів) транзисторів 4. Розширення смуги робочих частот перетворювача досягається за рахунок використання широкосмугових переходів з хвилеводу на мікросмужкову лінію з частотно-незалежними зсувами фаз 0 та 180°, а за рахунок симетрії цих переходів покращується балансність схеми. Використання екранованої копланарної лінії для виводу сигналу проміжної частоти позбавляє необхідності використання балансуючих ланцюгів і фільтрів низької частоти і дозволяє розмістити тракти надвисокої і проміжної частоти на одній пластині, зменшуючи розмір кінцевого виробу і, таким чином, зменшуючи втрати в трактах; а відсутність конден 7 56606 8 Підписне Тираж 23 прим. саторів в сигнальному тракті зменшує втрати сигналу і підвищує ефективність перетворення. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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