ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ВОЛНОВОДНЫЙ ДИПЛЕКСЕР с МАЛЫМИ ПОТЕРЯМИ ДЛЯ СУПЕРГЕТЕРОДИННЫХ ПРИЕМНИКОВ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН

January 3, 2013 by admin Комментировать »

Шульга В. М., Мышенко В. В.. Мышенко А. В. Радиоастрономический институт Национальной Академии наук Украины г. Харьков, ГСП, ул. Краснознаменная 4, 61002, Украина тел.: 8-057-7203563, e-mail: amyshen@rian.kharkov.ua

Аннотация – Разработана конструкция широкополосного волноводного диплексера для супергетеродинных приемников мм диапазона длин волн, отличающаяся малым уровнем потерь в сигнальном тракте и высокой степенью подавления шумов гетеродина. Изготовлено несколько опытных образцов, работающих в диапазоне частот 85…115 ГГц и исследованы их характеристики. Показано, что потери в тракте сигнала не превышают 0.15 дБ, а в тракте гетеродина могут выбираться в диапазоне 10…20 дБ в зависимости от требуемой степени подавления его шумов. Диплексер использовался в приемной системе со смесителем на диоде Шоттки для наблюдения эмиссионных линий малых газовых составляющих в атмосфере Земли.

I.                                       Введение

В высокочувствительных супергетеродинных приемниках для объединения принимаемого сигнала и сигнала гетеродина обычно используются диплексеры выполняющие также функцию «чистки спектра» сигнала гетеродина. Известные конструкции диплексеров миллиметрового диапазона при работе в его коротковолновой части либо резко увеличивают потери в тракте сигнала [1], либо конструктивно неудобны [2]. Кроме ТОГО, ЭТИ конструкции не позволяют работать с промежуточными частотами выше 1.5ГГц. Разработанная в РИ НАНУ конструкция волноводного диплексера свободна ОТ ЭТИХ недостатков и была успешно использована в приемной системе 3мм диапазона ДЛИН ВОЛН СО смесителем на диоде Шоттки [3], предназначенной ДЛЯ наблюдения эмиссионных линий малых газовых составляющих в атмосфере Земли.

II.                              Основная часть

Конструкция ВОЛНОВОДНОГО диплексера представляет собой сочетание элементов крестообразного направленного ответвителя и продольного многомодового ВОЛНОВОДНОГО резонатора (типа Hoin)· Схематически конструкция диплексера приведена на рис.1, а его внешний ВИД ДЛЯ диапазона частот 85… 115 ГГц (волновод 2.4X1.2мм) – на рис.2.

Сигнальный тракт диплексера 1 представляет собой отрезок волновода, длина которого может быть принципиально сокращена до его поперечного размера а (в реальной конструкции L=5mm при а=2.4мм). Мощность гетеродина подается к смесителю через проходной резонатор, образованный диафрагмой 3, отрезком волновода 2 с отверстиями связи 5 и корот- козамыкающим поршнем 4. Толщина стенки, разделяющей два волновода состаляет 0.1мм. Спектр резонансных частот продольного проходного резонатора определяется расстоянием между диафрагмой 3 и поршнем 4. В реальной конструкции эта длина была 12мм, при ЭТОМ резонансные частоты располагались с интервалом около 8 ГГц, что позволяет работать с ВЫСОКИМИ значениями промежуточных частот.

Подавление шумов гетеродина на промежуточной частоте определяется нагруженной добротностью проходного резонатора. В то же время требуемая величина подавления шумов гетеродина зависит от типа используемого генератора. Так для ЛОВ необходимо подавление шумов в полосе приема более 30 дБ, а для генераторов на диодах Ганна достаточно 10… 15 дБ.

Рис. 1. Конструкция диплексера супергетеродинного приемника.

Fig.1. Diplexer design for the heterodyne receiver

Подбором величины и формы отверстия связи в диафрагме 3 обеспечивалась равномерность затухания в диапазоне частот. Отверстия связи 5 между волноводами влияют как на величину нагруженной добротности проходного резонатора, так и на величину потерь в тракте сигнала. Экспериментальные исследования показали, что отверстия круглой формы обеспечивают меньшие потери в канале сигнала, чем отверстия крестообразной формы.

Рис. 2. Внешний вид диплексера.

Fig. 2. General view ofthe diplexer

Параметры опытного образца волноводного диплексера измерялись на панорамном измерителе затуханий РР2-01 И приведены на рис.З и рис.4. Видно, ЧТО используя диафрагмы 3 с разными отверстиями СВЯЗИ МОЖНО в ДОВОЛЬНО широких пределах изменять величину потерь в тракте гетеродина, оставляя практически неизменными потери по сигналу. В исследованных образцах потери по сигналу не превышали

0.       15 дБ при комнатной температуре (охлаждение снижает эти потери).

Опытный образец такого диплексера был применен в неохлаждаемом приемнике (шумовая температура Т°^^=250 К при значениях промежуточных частот 1…3 ГГц) СО смесителем на диоде Шоттки и гетеродином на диоде Ганна с утроителем частоты [3].

Рис. 3. Частотная зависимость коэффициента передачи тракта гетеродина при разных диаметрах отверстия связи в диафрагме.

Fig. 3. The power transfer function of the LO in dependence on frequency for three diameter values of the coupling orifice in the iris

Puc. 4. Спектральная характеристика тракта гетеродина при разных диаметрах отверстия связи в диафрагме (настройка фиксирована).

Fig. 4. Frequency responce of the LO for three diameter values of the coupling orifice (fixed adjustment of the diplexer)

III.                                  Заключение

Предложенная конструкция волноводного дил- лексера лозволяет лолучить малые лотери в тракте сигнала и хорошую фильтрацию шумов гетеродина. Разработанный диллексер представляется достаточно универсальным и может быть использован с гетеродинами различных типов.

IV.                           Список литературы

[1]   J. Е. Devls. «А Directional Filter for Local Ocsillator Injection in a Millimeter-Wave Mixer Radiometer», Electronic Division Internal Report, No.177, Aug.1977.

[2]   L. B. Knyaz’kov, M. A. Kostromeyeva. «Multimode Directional Filter for Millimeter Renge Receivers», MSMW2001 Symposium Proceedings. Kharkov, Ukraine, June 4-9, 2001. p.768

[3]   P. M. Forkman, V. I. PIddyachly, A. M. Korolev,

V. V. Mishenko, A. V. Mishenko and V. M. Shulga. An ancooled very low noise Schottky diode receiver front-end for middle atmospheric ozone and carbon monoxide measurements. Int. J. Infrared Millimeter Waves, in a press

LOW LOSSES WIDE BAND DIPLEXER FOR MM WAVE HETERODYNE RECEIVER

V. M. Shulga, V. V. Myshenko, A. V. Myshenko Institute of Radio Astronomy,

Ukrainian Academy of Sciences

4,         Chervonopraporna St., Kharkiv, 61002, Ukraine e-mail: amyshen@rian. kharkov. ua

Abstract – Broadband waveguide diplexer is suggested for mm wave heterodyne receiver. Performance characteristics of some prototypes are explored over the 85… 115 GHz band. It is shown that RF losses are less than 0.15 dB and the power loss in the LO is about 10 to 20 dB. The diplexer prototype is used in low noise Schottky diode receiver intended for observations of small gas components in the atmosphere.

I.                                         Introduction

In order to combine the RF and LO signal in the heterodyne receiver, diplexer units are generally used whose additional function is «cleaning» the LO spectrum. However, the structures of traditional design [1,2] often face problems in the shorter-wave length part of mm-band. They either are structurally awkward and hence poorly fit for the application, or sharply increase losses of the RF signal [1]. Besides such structures cannot operate satisfactorily at IF>1.5GHz. The diplexer that has been developed at IRA NASU is free of these limitations.

II.                                        Main Part

The diplexer is a combination of Beathe directional coupler and waveguide – based Hom resonant cavity. The general view is presented in Fig.2. RF circuit of the diplexer is a waveguide section whose length is comparable with its transverse size a (specifically, L=5mm and a=2.4mm in the prototype embodiment). The LO signal is filtered in the cavity formed by waveguide section 2 with orifices 5, iris 3 and plunger 4. The partition between the crossed waveguides is 0.1mm thick. Resonant spectrum of filter cavity is conducted by separation between iris 3 and plunger 4. This length is about 12mm in the prototype structure, which allows operating at IF<8GHz.

Performance characteristics of the diplexer were measured with PP2-01 network analyzer (see Fig.3 and Fig.4). RF losses never exceeded 0.15 dB at room temperature and can drop below that figure if the diplexer was cooled. The prototype diplexer was used in the low noise uncooled Schottky diode receiver (RF=113GHz, IF=1 to 3GHz and noise temperature T°®®=250K) in order to observe atmospheric small gas component [3].

III.                                       Conclusion

The measurement performed with the prototype diplexer has demonstrated that the unit can really provide for low level of RF losses and efficient suppression of LO noise. Hence, it can be proposed as the universal structure suitable for LO’s of various kinds of design.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты