Радиоприемное устройство сеч

Радиоприемное устройство сеч

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

205ОЗО

Союа Советскит

Социалистическиа

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕНЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Кл. 21а, 29/01

Заявлено 30.!.1963 (№ 815074/26-9) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 13.Х!.1967. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 12.1.1968

Комитет по делам изобретеиий и открытий ори Соеете Мииистрое

СССР

МПК Н 031

УДК 621.396.62:396. .669 (088.8) Автор изобретения

В, Н. Алфеев

Заявитель

РАДИОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО СВт1

Известны радиоприемные системы СВЧ, в которых для получения максимальной чувствительности в качестве входного усилителя используется квантовый парамагнитный усилитель, охлажденный до температуры жидкого гелия. В таких системах чувствительность ограничена шумами элементов, включенных до усилителя (отрезки фидера, фильтры, разрядники, циркуляторы и фазовращатели) и присоединенных к его выходу (второй каскад усилителя, преобразователь частоты, УПЧ).

Повышение защищенности входа системы or сигналов помех, достигаемое увеличением количества резонансных объемов (или величины их добротности в нагруженном состоянии), приводит к дальнейшему росту собственных шумов. Кроме того, узкая полоса пропускания, недосгаточно высокая стабильность работы, сравнительно большие габариты и невозможность получения в наземной и бортовой аппаратуре предсльно возможной чувствительности и избирательности, ограниченных лишь шумами самой антенны, являются основными недостатками известных радиоприемных систем. В этих устройствах ограничена также стабильностью частоты и выходная могцность СВЧ генераторов (гетеродинов, генераторов накачки), невысоких к.п.д.

Известно, что существенное уменьшение уровня тепловых шумов электронных элементов возможно только в результате их глубокого охлаждения(ниже 196 К). Однако при известных принципах конструирования, когда каждый элемент СВЧ тракта, изготовленный, как правил6; с применением волноводов, выполняст только одну функцию, что и приводит к большому числу этих элементов, габариты и вес СВЧ приемных систем вдоль велики, что охладить их практически невозможно.

10 Кроме того, большинство из известных СВЧ приборов обеспечивает свои характеристики лишь в узком температурном интервале 15 ——

20 С и при охлаждении теряет работоспособность. В то же время при низких температу15 рах проявляется значительное число специфических явлений в твердом теле (сверхпроводимость, зависимость поверхностного импеданса сверхпроводника в диапазоне СВЧ or напряженности магнитного поля, увеличение

20 подвижности носителей в полупроводнике, увеличение нелинейности вольтамперной характеристики идеального Р-перехода, увеличение магнитной энергии ферритов, увеличение теплопроводности и т. д.), которые не

25 только позволяют устранить тепловые шумы и тсрмонестабильность, но и резко улучшить остальные параметры: уменьшить потери многорезонаторных устройств, увеличить добротность колебательных контуров усилителей, 30 уменьшить потери преобразования смесите205080

15 лей, дробовые шумы, сопротивление потерь активных элементов, увеличить усиление, к.п.д.. мощность и стабильность генераторов накачки и гетеродинов, В предложенном устройстве комплексно использованы перечисленные свойства твердого тела при низких температурах и новых низкотемпературных материалах, а также применена многофункциональность при построении отдельных элементов. В зависимости от шумовой температуры антенны, ставящей предел чувствительности, устройство может быть выполнено либо на уровне охлаждения ниже температур, при которых может возникнуть сверхпроводимость критических температур, либо на уровне охлаждения выше максимальных критических температур сверхпроводимости.

На фиг. 1 — 5 показаны отдельные части предложенного устройства.

Для получения предельно возможных чувствительности, избирательности при широкой полосе пропускания весь приемный СВЧ тракт выполнен в виде единой конструкции с кожухом-криостатом 1, внутри которого размещена цепочка связанных пассивных сверхпроводящих резонаторов 2, с помещенным в одном из них намагниченным ферритовым образцом

3, имеющим малую ширину линии ферромагнитного резонанса и малую величину угла диэлектрических потерь при заданном уровне охлаждения, намагниченных ферритовых резонаторов 4 и активных сверхпроводящих резонаторов 5. В резонаторах установлены параметрический диод б, парамагнитный кристалл 7 и смесительные диоды 8, соединенные с полупроводниковым предварительным УПЧ

9. Для автоподстройки частоты генератора накачки 10 и гетеродина 11 применены отдельные сверхпроводящие резонаторы 12, а в тракте накачки парамагнитного кристалла установлены полупроводниковый аттенюатор

18, выключающий накачку при увеличении входного сигнала до порога насыщения кристалла, а на указанной цепочке резонаторов установлен вентиль 14. Источник питания 15 и пульт 1б дистанционного управления размещаются вне криостата.

Наличие сверхпроводящих резонаторов, находящихся под воздействием электромагнитного поля накачки, в усилителях приводит к появлению параметрической регенерации, дополнительной к основному механизму усиления. Это позволяет значительно улучшить характеристики устройства, и прежде всего, увеличить ее полосу пропускания. Наличие сверхпроводящих пассивных резонаторов, связанных с активными, позволяет прида гь фильтрам усилительные свойства в широкой полосе с заданной неравномерностью.

Для обеспечения надежности работы входных каскадов при воздействии сильных помех, а также электрической перестройки и устранения шумов фидера при одновременной миниатюризации в качестве резонаторов и.пользованы непосредственно связанные элек20

65 тролитически полированные резонансные диафрагмы, в малом емкостпом зазоре которых установлены шайбы из нпзкотемпературной сегнетокерамики. Входной резонатор имеет разрядный промежуток, заполненный веществом с малым временем восстановления при низких температурах (например, полупроводник, в котором возникает ударная ионизация примесей). В СВЧ генераторах использованы объемные явления в охлажденных полупроводниках, а внутренняя поверхность криостата, в который помещена вся система, служит

СВЧ антенной и имеет форму, соответствующую конфигурации рабочей поверхности СВЧ антенны рабочего диапазона волн, и электрически соединена с указанным входным резонатором.

Для обеспечения сверхвысокочувствительного многоканального приема на одну антенну с передатчиком при малых габаритах, весе и малом потреблении энергии помещенная в криостат высокочастотная часть устройстьа, изображенного на фиг. 2, представляет собой герметичный охлажденный блок, в котором полосовой фильтр 17 развязки приемника от передатчика выполнен на резонаторах малого поперечного сечения с сильной кондуктивной связью и подключен к первому плечу Хциркулятора 18, у которого смежные пле ги не имеют между собой гальванической связи.

Многорезонаторный параметрический усилитель 19, подключенный ко второму плечу лциркулятора, выполнен на коаксиальной трубке с реактивными неоднородностями, в которой установлен параметрический диод из полупроводникового материала, имеющего Dhlсокую проводимость при заданном уровне охлаждения. B тракте разностной частоты усилителя включена «на проход» охлажденная нагрузка — вентиль 20 с выходным фланцем

21 для обеспечения возможности подключения смесителя при одновременной работе усилителя в двух режимах: «на отражение» и

«на проход с преобразованием частоты». Напряжение смещения на диод подается с противоположного плеча циркулятора по центральному проводнику через коаксиальную нагрузку 22 с емкостным контактом по внешней оболочке, а в тракте накачки усилителя установлен двухконтурный фильтр 23, одна из резонансных диафрагм которого содержит полупроводниковый переход — аттенюатор, находящийся под воздействием внешнего напряжения. Разделение стволов приема осущесгвлено вне криостата в полосе частот, пропускаемых охлажденным блоком, а режекторные фильтры 24 с подключенным к облучателю антенны 25 тройником, обеспечивающие дополнительную развязку приемника от передатчика, соединены с указанным полосовым фильтром коротким отрезком коаксиальной линии. Подключение однотактного охлажденного смесителя 2б к Х-циркулятору производится через полосовой фильтр 27, а гетеродина 11 — через режекторный фильтр 24.

205080

Для обеспечения широкополосного сверхвысокочувствительного приема в коротковолновой части диапазона СВЧ предлагается в качестве входного устройства — смеситсль

28 (фиг. 3), на полупроводниковом диоде у которого при понижении температуры нелинейноcTb волbTaÌnepHott растает по экспенциальному закону. На входе смесителя расположен фильтр 29. Выход смесителя подключен по вспомогательной промежуточной частоте ко входу параметрического усилителя-преобразователя 80, присоединенного через вентиль и фильтр Л t n второму смесителю 82, имеющему выход 88 промежуточной частоты системы, причем питание обоих смесителей и параметрического усилителя-преобразователя осуществлено от одного генератора 84.

С целью обеспечения сверхвысокочувствительного приема на различных рабочих Bn tнах в широком диапазоне частот и устранения отдельного тракта накачки при использов:tнии неохлаждаемых гснсраторов СВЧ колебаний, устройство содержит разветвитель 35 (фиг. 4), одно плечо которого имеет выход из криостата, а другие плечи выполнены в виде коаксиальных трубок 8á по числу рабочих участков приема с резонаторами в каждой трубке, где последний резонатор посредством установки в него намагниченного ферритового образца и поперечным коаксиальным отрезком образует циркулятор, к плечу которого подключен параметрический усилитель.

Усилитель представляет собой коаксиальный фильтр с параметрическим диодом, выполненным из полупроводникового материала с узкой запрещенной зоной и малой эффективной массой носителей. Выходы всех циркуляторов чсрез резонаторы, настроенные соответственно принимаемым участкам волн, подключены ко входу широкополосного параметрического усилителя 87, работающего на «отражение» с отдельным циркулятором и использующего диод, у которого при понижении температуры диффузионная емкость экспоненциально возрастает в области малых токов, причем в качестве волновода накачки указанных усилителей использована, например, внутренняя полость 88 центрального проводника 89 входной линии 40, как это показано на фиг. 5.

В качестве вторых каскадов усиления мож T быть использован усилитель на туннельном диоде, если его выполнить из сильно легированного сурьмянистого индия IttSb, арсенида индия InAs или относительно слабо легированного германия.

Пpctмот изобретения

1. Радиоприемнос устройство СВЧ, отличоющееся тем, ITQ, с целью получения предельно возможной чувствительности и избирател.ности прп широкой полосе пропускания, приемный СВЧ тракт выполнен в виде единой констрА ецип с кожухом-кpиocтатом, внутри которого размещена ц 11цч1<а связанных пас5

".0

65 сивных сверхпроводящих резонаторов, в одном нз которых размещены феррит, намагHilчснные ферритные резонаторы и ряд актиьпых сверхпроводящих резонаторов, в которых установлены параметрический диод, парамагпптпый кристалл и смесительные диоды, соединенные с предварительным УПЧ, причем в цепь автонадстройки частоты генератора ttaкачки, общего для сверхпроводящих активных резонаторов с параметрическим диодом и парамагнитным кристаллом, и гетеродина включены отдельные сверхпроводящие резонаторы, а в тракте накачки парамагнитного кристалла установлен полупроводниковый аттенюатор, соединенный через усилительный элемент с детектором.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения надежности работы всех входных каскадов при воздействии сильных помех, а также электрической перестройки и устранения шумов фидера при одновременной миниатюризации блоков, в качестве резонаторов использованы непосредственно связанные полированные резонансные диафрагмы, в емкостном зазоре которых установлены сегнетокерамические конденсаторы, причем входной резонатор имеет разрядный промежуток, заполненный веществом с малым временем восстановления проводимости при сверхнизких температурах.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность криостата использована в качестве антенны СВЧ и имеет конфигурацию, соответствующую конфигурации рабочей поверхности антенны СВЧ в диапазоне принимаемых волн, и электрически соединена с указанным входным резонатором при помощи отрезка линии.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем что помещенная в криостат высокочастотная часть представляет собой герметичный охлажденный блок, в котором полосовой фильтр развязки приемника от передатчика выполнен на резонаторах с сильной связью и подключен к плечу Х-циркулятора, не имеющему гальванической связи со смежными плечами; многорезонаторный параметрический усилитель выполнен на коаксиальной трубке с реактивными неоднородностями, в которой установлен параметрический диод, причем в тракте разностной частоты усилителя включена

«на проход» охлажденная нагрузка (предпочтптсльно, ферритовый вентиль) с выходным фланцем для подключения смесителя при о„-новременной работе усилителя «на отражение» и «на проход» с преобразованием частоты; напряжение смещения на диод подано с противоположного плеча циркулятора по центральному проводнику через коаксиальную нагрузку с емкостным контактом по внешней оболочке, а в тракте накачки усилителя установлен аттенюатор на полупроводниковом диоде; разделение стволов приема осуществлено вне криостата по промежуточной частоте, а режекторные фильтры с тройником, обеспечивающие дополнительную развяз205080 ку приемника от передатчика, соединены с указанным полосовым фильтром коротким отрезком коаксиальной линии.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве входного устройства, расположенного в криостате, применен смеситель на полупроводниковом диоде, выход которого по вспомогательной промежуточной частоте подключен ко входу параметрического усилигеля-преобразователя, присоединенного ко второму смесителю, причем питание обоих смесителей и усилителя-преобразователя осуществлено от одного генератора.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения сверхвысокочувствительного приема в широком диапазоне частог и устранения отдельного тракта качки при использовании неохлаждаемых генераторов

СВЧ колебаний, оно содержит разветвитель, одно плечо которого имеет выход из криостата, а другие плечи выполнены в виде коакспальных трубок по числу рабочих участков приема с резонаторами в каждой трубке, причем последний резонатор путем установки в него намагниченного ферритового образца совместно с поперечным коаксиальным отрезком- образует циркулятор с подключенным к нему параметрическим диодом, выполненным из полупроводникового материала с узкой за10 прещенной зоной и малой эффективной массой носителей и образующим совместно с коаксиальным фильтром параметрический усилитель; выходы всех циркуляторов через резонаторы, настроенные соответственно прини15 маемой полосе частот, подключены ко входу широкополосного параметрического усилителя, работающего «на отражение» с отдельным циркулятором и использующего диод; в качестве волновода накачки указанных усилите20 лей использована внутренняя полость центрального проводника входной линии.