Кольцевой преобразователь частот

Полезная модель может использоваться в панорамных радиоизмерительных системах, в системах связи и в радиолокации. Технический результат заключается в увеличении динамического диапазона устройства на основной частоте гетеродина, гармониках гетеродина и комбинационных составляющих преобразованного сигнала, а также в расширении диапазона рабочих частот. В кольцевом преобразователе частот первый и второй разделительные конденсаторы 7 и 8 включены между выводами вторичной обмотки гетеродинного трансформатора 2 и местами соединения первого и второго диодов 3 и 4 и третьего и четвертого диодов 5 и 6, соответственно. Третий конденсатор 9 включен между одним из выводов вторичной обмотки сигнального трансформатора 1 и местом соединения второго и третьего диодов 4 и 5. Четвертый конденсатор 10 включен между анодом первого диода 3 и катодом четвертого диода 6, пятый разделительный конденсатор 11 включен между другим симметричным противофазным выводом вторичной обмотки сигнального трансформатора 1 и катодом четвертого диода 6. Свободный конец первого резистора 14 соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения смещения 12, а свободный конец первого дросселя 13 - с анодом первого диода 3, свободный конец второго дросселя 15 соединен с катодом четвертого диода 6, а свободный конец второго резистора 16 - с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения смещения 12, блокировочные конденсаторы 17 и 18 включены между местами соединения первых дросселя 13 и резистора 14 и вторых дросселя 15 и резистора 16 с общим проводником, соответственно. 1 ил.

Полезная модель относится к радиотехнике, конкретно - к преобразователям частот и может быть использована в панорамных радиоизмерительных системах, в системах связи и в радиолокации.

Известен кольцевой диодный преобразователь частот (Микроэлектронные устройства СВЧ: учебн. пособие для радиотехнических специальностей вузов \ Г.И.Веселов, Е.Н.Егоров, Ю.Н.Алехин и др. \ Под ред. Г.И.Веселова. - М.: Высш. шк., 1988. - 238 с., рис.10.15), содержащий общий для всего устройства проводник, симметрирующие сигнальный и гетеродинный трансформаторы, каждый из которых имеет несимметричный вход первичной обмотки и два противофазных вывода вторичной обмотки и вывод ее средней точки, при этом вывод средней точки вторичной обмотки сигнального трансформатора соединен с общим проводником, а вывод средней точки гетеродинного трансформатора совместно с общим проводником образуют выход устройства, и выполненный на основе кольца из четырех последовательно согласно соединенных полупроводниковых диодов мост, к диагональным точкам которого подключены противофазные выводы сигнального и гетеродинного трансформаторов.

Недостатками известного преобразователя частот являются относительно большой уровень напряжения гетеродина и, соответственно, относительно высокий уровень выходного напряжения гетеродинного трансформатора. Это происходит из-за наличия у полупроводниковых диодов относительно высоких напряжений отсечки (у кремниевых диодов оно составляет около 0,6 В, у арсенид-галлиевых диодов - около 1 В). Также к недостаткам относят невысокий коэффициент преобразования входных сигналов и небольшие динамические диапазоны подавления частоты гетеродина, его гармоник и комбинационных составляющих. Это обусловлено неодинаковостью напряжения отсечки и угла наклона вольтамперных характеристик отдельных диодов для гетеродинного напряжения, а также неидеальными характеристиками симметрирующих трансформаторов (при одинаковых напряжениях гетеродина на диодах в момент их открытия протекают неодинаковые токи).

Наиболее близким к заявляемому устройству по наибольшему числу существенных признаков является кольцевой преобразователь частот (Свидетельство 6960, МПК H03D 7/14, опубл. 16.06.1998), содержащий общий для всего устройства проводник, симметрирующие сигнальный и гетеродинный трансформаторы, кольцевой мост, выполненный на основе цепочки из четырех последовательно согласно соединенных полупроводниковых диодов, начало которой образует анод первого диода, а конец - катод четвертого диода, четыре разделительных конденсатора, источник постоянного напряжения, отрицательный полюс которого соединен с общим проводником, цепочку из последовательно соединенных дросселя и резистора, у которой свободный конец резистора соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения смещения, а свободный конец дросселя - с анодом первого диода. Первый и второй конденсаторы включены между симметричными противофазными выводами вторичной обмотки гетеродинного трансформатора и местами соединения первого и второго и третьего и четвертого диодов, соответственно. Третий конденсатор включен между одним из двух симметричных выводов вторичной обмотки сигнального трансформатора и местом соединения второго и третьего диодов. Четвертый конденсатор включен между анодом первого и катодом четвертого диодов. Другой симметричный вывод вторичной обмотки сигнального трансформатора соединен непосредственно с катодом четвертого диода.

Недостатком устройства-прототипа является невысокий уровень подавления основной частоты гетеродина, его гармоник и комбинационных составляющих преобразованного сигнала и относительно невысокий диапазон рабочих частот преобразуемого сигнала, обусловленные асимметрией противофазных напряжений, подаваемых на плечи диодного моста. Диапазон рабочих частот устройства-прототипа, в частности, ограничивает цепочка из последовательно соединенных дросселя, резистора и источника постоянного напряжения.

Основной технической задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является создание устройства, которое будет обладать увеличенным динамическим диапазоном на основной частоте гетеродина, его гармониках и комбинационных составляющих преобразованного сигнала, а также расширенным диапазоном рабочих частот.

Поставленная задача решается тем, что в кольцевой преобразователь частот, содержащий общий для всего устройства проводник, симметрирующие сигнальный и гетеродинный трансформаторы, каждый из которых имеет несимметричный вход первичной обмотки, образованный ее первым свободным концом и вторым концом, соединенным с общим проводником, и два симметричных противофазных вывода вторичной обмотки и вывод ее средней точки, при этом вывод средней точки вторичной обмотки сигнального трансформатора соединен с общим проводником, а вывод средней точки вторичной обмотки гетеродинного трансформатора совместно с общим проводником образуют выход устройства, кольцевой мост, выполненный на основе цепочки из четырех последовательно согласно соединенных полупроводниковых диодов, начало которой образует анод первого диода, а конец - катод четвертого диода, четыре разделительных конденсатора, первый и второй из которых включены между симметричными противофазными выводами вторичной обмотки гетеродинного трансформатора и местами соединения первого и второго и третьего и четвертого диодов, соответственно, третий из которых включен между одним из двух симметричных противофазных выводов вторичной обмотки сигнального трансформатора и местом соединения второго и третьего диодов, и четвертый из которых включен между анодом первого и катодом четвертого диодов, источник постоянного напряжения смещения, цепочку из последовательно соединенных первых дросселя и резистора, у которой свободный конец резистора соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения смещения, а свободный конец дросселя - с анодом первого диода, согласно предложенному решению, введены пятый разделительный конденсатор, включенный между другим симметричным противофазным выводом вторичной обмотки сигнального трансформатора и катодом четвертого диода, цепочка из последовательно соединенных вторых дросселя и резистора, у которой свободный конец дросселя соединен с катодом четвертого диода, а свободный конец резистора - с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения смещения, и два блокировочных конденсатора, включенные между местами соединения дросселей и резисторов и общим проводником.

Полезная модель поясняется рисунком, где представлена принципиальная схема заявляемого устройства.

Кольцевой преобразователь частот содержит общий проводник, симметрирующие сигнальный и гетеродинный трансформаторы 1 и 2, кольцевой мост, выполненный на основе цепочки из четырех последовательно согласно соединенных первого, второго, третьего и четвертого диодов 3, 4, 5 и 6, соответственно, первый, второй, третий, четвертый, пятый разделительные конденсаторы 7, 8, 9, 10, 11, соответственно, источник постоянного напряжения смещения 12, цепочки из последовательно соединенных первых дросселя 13 и резистора 14 и вторых дросселя 15 и резистора 16, два блокировочных конденсатора 17 и 18. Первый и второй разделительные конденсаторы 7 и 8 включены между симметричными противофазными выводами вторичной обмотки гетеродинного трансформатора 2 и местами соединения первого и второго диодов 3 и 4 и третьего и четвертого диодов 5 и 6, соответственно. Третий конденсатор 9 включен между одним из двух симметричных противофазных выводов вторичной обмотки сигнального трансформатора 1 и местом соединения второго и третьего диодов 4 и 5. Четвертый конденсатор 10 включен между анодом первого диода 3 и катодом четвертого диода 6, пятый разделительный конденсатор 11 включен между другим симметричным противофазным выводом вторичной обмотки сигнального трансформатора 1 и катодом четвертого диода 6. Свободный конец первого резистора 14 соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения смещения 12, а свободный конец первого дросселя 13 - с анодом первого диода 3, свободный конец второго дросселя 15 соединен с катодом четвертого диода 6, а свободный конец второго резистора 16 - с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения смещения 12, блокировочные конденсаторы 17 и 18 включены между местами соединения первых дросселя 13 и резистора 14 и вторых дросселя 15 и резистора 16 с общим проводником, соответственно.

Предлагаемый кольцевой преобразователь частот работает следующим образом. При отсутствии напряжения U_г. гетеродинного трансформатора 2 и напряжения сигнала U_с сигнального трансформатора 1 диоды 3-6 находятся на грани отпирания, при этом постоянная составляющая их тока близка к нулю. При подаче напряжения U_г через гетеродинный трансформатор 2 и первый и второй разделительные конденсаторы 7 и 8 на точки соединения первого и второго диодов 3 и 4, и третьего и четвертого диодов 5 и 6, соответственно, и при подаче напряжения сигнала U_с через сигнальный трансформатор 1 и третий и пятый разделительные конденсаторы 9 и 11 на точки соединения второго и третьего диодов 4 и 5 и катод четвертого диода 6, соответственно, через все диоды протекают усеченные косинусоидальные импульсы переменного тока, частота повторения которых равна частоте гетеродина, и единая постоянная составляющая тока по цепи: «плюс» источника постоянного напряжения смещения 12, первый резистор 14, первый дроссель 13, первый 3, второй 4, третий 5 и четвертый 6 диоды, вторые дроссель 15, второй резистор 16 и «минус» источника напряжения смещения 12. На суммарном сопротивлении этой цепи появляется отрицательное напряжение, соответствующее выбранному углу отсечки тока гетеродинного трансформатора 2. На выходе устройства появляется преобразованное напряжение U _пч.

Дополнительно введенные пятый разделительный конденсатор 11, первый и второй блокировочный конденсаторы 17 и 18, вторые дроссель 15 и резистор 16 уменьшают асимметрию противофазных напряжений в диагоналях мостовой схемы, что увеличивает динамический диапазон заявляемого устройства на основной частоте гетеродина, на его гармониках и комбинационных составляющих преобразованного сигнала на 3 дБ, а также расширяет диапазон рабочих частот не менее, чем в 1,5 раза.

Кольцевой преобразователь частот, содержащий общий для всего устройства проводник, симметрирующие сигнальный и гетеродинный трансформаторы, каждый из которых имеет несимметричный вход первичной обмотки, образованный ее первым свободным концом и вторым концом, соединенным с общим проводником, и два симметричных противофазных вывода вторичной обмотки и вывод ее средней точки, при этом вывод средней точки вторичной обмотки сигнального трансформатора соединен с общим проводником, а вывод средней точки вторичной обмотки гетеродинного трансформатора совместно с общим проводником образуют выход устройства, кольцевой мост, выполненный на основе цепочки из четырех последовательно согласно соединенных полупроводниковых диодов, начало которой образует анод первого диода, а конец - катод четвертого диода, четыре разделительных конденсатора, первый и второй из которых включены между симметричными противофазными выводами вторичной обмотки гетеродинного трансформатора и местами соединения первого, и второго, и третьего, и четвертого диодов соответственно, третий из которых включен между одним из двух симметричных противофазных выводов вторичной обмотки сигнального трансформатора и местом соединения второго и третьего диодов, и четвертый из которых включен между анодом первого и катодом четвертого диодов, источник постоянного напряжения смещения, цепочку из последовательно соединенных первых дросселя и резистора, у которой свободный конец резистора соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения смещения, а свободный конец дросселя - с анодом первого диода, отличающийся тем, что в него введены пятый разделительный конденсатор, включенный между другим симметричным противофазным выводом вторичной обмотки сигнального трансформатора и катодом четвертого диода, цепочка из последовательно соединенных вторых дросселя и резистора, у которой свободный конец дросселя соединен с катодом четвертого диода, а свободный конец резистора - с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения смещения, и два блокировочных конденсатора, включенные между местами соединения дросселей и резисторов и общим проводником.