параметрический усилитель
Классы МПК: | H03F7/00 Параметрические усилители |
Автор(ы): | Губарь Александр Михайлович[UA], Касьяненко Анатолий Павлович[UA] |
Патентообладатель(и): | Специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством Института радиофизики и электроники АН Украины (UA) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1990-06-12 публикация патента:
27.03.1995 |
Использование: в радиотехнике в качестве полупроводникового параметрического усилителя СВЧ. Сущность изобретения: параметрическом усилителе, содержащем соосно соединенные тракты сигнала и субгармонической накачки в виде отрезков прямоугольного волновода, контур холостой частоты и диод, отрезки прямоугольного волновода соединены ортогонально и между ними установлена введенная плоскопараллельная структура из первой, второй и третьей металлических пластин, изолированных одна от другой первой, второй, третьей и четвертой изолирующими пластинами. Контур первой холостой частоты образован встречно-включенными диодом и дополнительно введенным диодом, установленными по диагонали совмещенных крестообразных вырезов, выполненных в плоскопараллельной структуре. Кроме того, могут быть введены контуры накачки и второй холостой частоты в виде прямоугольных отверстий, выполненных в введенных первой и второй вставках, каждая из которых установлена между торцом одного из отрезков прямоугольного волновода и плоскопараллельной структурой. Толщины вставок и размеры прямоугольных отверстий выбираются из приведенных соотношений. 1 з.п. ф-лы, 12 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12
Формула изобретения
1. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий соосно соединенные тракт сигнала и субгармонической накачки в виде первого и второго отрезков прямоугольного волновода, контур первой холостой частоты и параметрический диод, отличающийся тем, что, с целью уменьшения шумов, введен дополнительный параметрический диод, отрезки первого и второго прямоугольных волноводов расположены в ортогональных плоскостях поляризации и связаны между собой через введенную плоскопараллельную структуру, которая включает первую металлическую пластину, с первой и второй изолирующими пластинами с обеих сторон, и вторую и третью металлические пластины, которые установлены одними поверхностями на первой и второй изолирующих пластин соответственно а на других их поверхностях размещены третья и четвертая изолирующие пластины соответственно, резонатор контура первой холостой частоты образован контактными иглами диодов, узлы крепления которых размещены на второй и третьей металлических пластинах соответственно, и диодами, установленными на первой металлической пластине в противоположных концах диагонали совмещенных крестообразных вырезов, которые выполнены в первой, второй и третьей металлических пластинах. 2. Усилитель по п.1, отличающийся тем, что в него введены первая и вторая металлические вставки с прямоугольными отверстиями, которые размещены между третьей изолирующей прокладкой и первым отрезком прямоугольного волновода и между четвертой изолирующей прокладкой и вторым отрезком прямоугольного волновода соответственно, при этом прямоугольные отверстия в металлических вставках выполнены резонансными на частотах накачки и второй холостой частоты, а толщины l1 и l2 первой и второй металлических вставок и длины прямоугольных отверстий a1 и a2 в них удовлетворяют условиямгде н - длина волны накачки;
- длина волны второй холостой частоты;
n=1,2,3..... .
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве входного малошумящего каскада в радиоприемных устройствах различного назначения. Целью изобретения является уменьшение шумов. На фиг.1 представлена конструкция параметрического усилителя (ПУ) в разрезе; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - узел I на фиг.1; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.3; на фиг.6 - разрез Г-Г на фиг.3; на фиг.7 - разрез Д-Д на фиг.3; на фиг.8 - разрез Е-Е на фиг. 1; на фиг.9 - конструкция ПУ с дополнительно введенными пластинами в разрезе; на фиг. 10 - разрез Е-Е на фиг.9; на фиг.11 - разрез И-И на фиг.9; на фиг.12 - узел II на фиг.9. Параметрический усилитель содержит первый и второй отрезки 1 и 2 прямоугольного волновода, которые являются трактами сигнала и субгармонической накачки, соответственно и которые связаны один с другим торцами 3 и 4. Между торцами 3 и 4 размещается плоскопараллельная структура 5, включающая первую металлическую пластину 6, отделенные от нее соответственно первой и второй изолирующими пластинами 7 и 8 вторую и третью металлические пластины 9 и 10, на внешних поверхностях которых расположены соответственно третья и четвертая изолирующие пластины 11 и 12. В плоскопараллельной структуре 5 выполнены крестообразный вырез, образованный скрещенными под углом 90о и взаимно совмещенными пазами 13 и 14 в пластине 6. Пазы 13 и 14 соответственно соосно отрезкам 1 и 2, плоскости поляризации которых взаимно ортогональны. На первой пластине 6 по диагонали 15 крестообразного выреза закреплены диоды 16. На второй и третьей пластинах 9 и 10 установлены под углом 45о к плоскости поляризации отрезков 1 и 2 узлы 17 крепления контактных игл 18 диодов 16. Иглы 18, контактирующие с диодами 16, образуют контур первой холостой частоты. В первой и второй металлических вставках (пластинах) 19 и 20, примыкающих к торцам 3 и 4, выполнены прямоугольные отверстия 21 и 22, которые пластинами 23 и 24 соответственно замыкаются в прямоугольные резонаторы 25 и 26, являющиеся контурами накачки и второй холостой частоты. Плоскости поляризации резонаторов 25 и 26 нормальны к диагонали 15, а их объемы связаны через продольные прорези в широких стенках с пазами 27 и 28 и соосно сопряжены с пазами 29 и 30, выполненными в пластинах 23 и 24, и с пазами 13 и 14. Параметрический усилитель работает следующим образом. На входы отрезков 1 и 2 сигнала и субгармонической накачки подаются усиливаемый сигнал с частотой c и субгармо- ническая накачка с частотой нс. Указанные колебания поступают на антипараллельно включенные диоды 16, образующие балансную схему ПУ, в которой формируется вольт-фарадная характеристика, изменяющаяся по закону гиперболического синуса. Под воздействием субгармонической накачки с частотой нс за счет "пиковой" нелинейности вольт-фарадной характеристики в паре диодов 16 возбуждаются колебания на частоте накачки н. Колебания с частотой накачки н поддерживаются в отрезке 2 благодаря диагональному смещению диодов 16 относительно его осей в виде высшего для субгармонической накачки типа колебаний Н20, при этом диоды 16 включены относительно накачки н после- довательно с противофазным их возбуждением. Контур резонатора первой холостой частоты x1 образован емкостями диодов 16, индуктивностями контактных игл 18 и эквивалентным входным сопротивлением пазов 13 и 14 структуры 5. При идентичных характеристиках диодов 16, что достигается раздельной подачей оптимального смещения на каждый диод 16 пары, в средней точке эквивалентного контура напряжения первой холостой частоты x1 и частоты накачки н близки к нулю. Поэтому контактные иглы 18, служащие индуктивностью параллельного сигнального контура на частоте c, не включаются в контур первой холостой частоты x1 и отрезок 1 на основном типе колебаний Н10 оказывается развязанным от контуров холостой частоты x1 и накачки н. Модуляция нелинейной емкости подаваемым входным сигналом c пары параметрических диодов 16 обу- славливает возбуждение колебаний на частоте x1=нс-c. В результате этого посредством параметрического взаимо- действия в контур сигнала на частоте c вносится отрицательное сопротивление, за счет чего происходит усиление входного сигнала. Дополнительное улучшение характеристик достигается тем, что энергия колебаний на частоте накачки н и второй комбинационной холостой частоте x2=н-c концентрируется в контурах в виде прямоугольных резонаторов 25 и 26 с колебаниями типа Н10n. Взаимодействие резонаторов с областью параметрического энергообмена формирует трехконтурную схему ПУ, способствуя снижению уровня шумов за счет уменьшения собственных потерь в цепях преобразования. Связи резонаторов с системой параметрического энергообмена оптимизи- руются подбором толщины пластин 19 и 20 в пределах от 0,05 до 1,5 мм и разворотом плоскостей поляризации резонаторов 25 и 26 относительно плоскостей поляризации отрезков 1 и 2 на углы и в пределах 45-25о. Соотношение ширины и длины сторон прямоугольных резонаторов 25 и 26 определяет их резонансные длины волн в воздухен = и x2 = где н и x2 - длины волн накачки и второй холостой частоты;
n = 1,2,3...;
а1,2 - длины широких стенок отверстий 21 и 22;
l1,2 - толщина пластин 19. Параметрический усилитель может быть преобразован в преобразователь частоты сигнала c, например, путем введения полосковых цепей связи с холостым контуром.
Класс H03F7/00 Параметрические усилители