Коммутирующее устройство

 

Использование: в ограничительных, переключающих и фазовращающих СВЧ-устройствах высокого уровня мощности. Сущность изобретения: устройство содержит n полупроводниковых диодов, включенных последовательно в отрезок коаксиальной линии передачи. В плоскости поперечного сечения между внутренним проводником и корпусной шиной установлена диэлектрическая шайба с двусторонней симметричной металлизацией в форме плоских колец с n отверстиями, расположенными на одинаковом расстоянии одно от другого и совмещенными с соответствующими отверстиями, которые прорезаны в диэлектрической шайбе. В каждом отверстии размещен полупроводниковый диод. Индуктивный элемент выполнен в виде плоского проводящего кольца, расположенного на одной из сторон диэлектрической шайбы концентрично плоскому кольцу. Плоское проводящее кольцо соединено перемычкой с корпусной шиной. Приведены соотношения для выбора величин емкостей первого и второго конденсаторов и индуктивного элемента. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и предназначено для работы в ограничительных, переключающих и фазовращающих устройствах высокого уровня мощности. В настоящее время для этого уровня мощности широко используются коммутирующие устройства с большим количеством диодов. Целью изобретения является увеличение мощности и улучшение согласования большого количества диодов (N ≥ 10) в режиме передачи за счет уменьшения неоднородности в линии (емкостного характера) на крайних точках диапазона и ее компенсация на рабочей точке. На фиг. 1 и 2 изображено заявляемое устройство; на фиг. 3 его эквивалентная схема. Коммутирующее устройство содержит внутренний проводник 1 коаксиальной линии, корпусную шину 2, выполненную в виде металлического (латунного) кольца, диоды 3, расположенные в отверстиях металлизированного внутреннего проводника, первый 4 и второй 5 конденсаторы, индуктивность 6, выполненную в виде металлизированного кольца на диэлектрической шайбе 7 с центральным отверстием 8, контактное устройство 9, охватывающее торцовую часть корпусной шины 2, и дроссель 10 для замыкания цепи управления по постоянному току. Коммутирующее устройство работает следующим образом. При подаче управляющего напряжения (с применением цепей разделения по постоянному и переменному току) или при большом уровне мощности на входе (режим ограничения) диоды 3 открываются и становятся эквивалентными малому активному сопротивлению r+ 1/N, где N число включенных в линию диодов (фиг. 3). Линия передачи закорачивается по всему периметру окружности включенных диодов 3 с равномерным шагом. Это условие необходимо, чтобы диоды были в одинаковых режимах по току при передаче мощного сигнала с равномерным распределением электромагнитного поля по окружности внутреннего проводника 1. Емкость С₁ конденсатора 4 диэлектрической шайбы 7 вместе с емкостью С₂ конденсатора 5, последовательно соединенного с индуктивностью кольца 6, образует параллельный контур с резонансной частотой ω_o= R_ос= Дроссель 10 обладает большим сопротивлением тока ВЧ и поэтому на режим настройки не влияет: ω_o L_ур > R_ос > Z_n. Емкость С₂ имеет коэффициент подключения p, который может меняться в широких пределах, от 0,1 до 0,9. Рассчитаем, в каких отношениях должны находиться емкости С₁ и С₂, p где С общая емкость: p откуда С₂ C₁ при p 0,5; С₁ С₂. Для надежной работы устройства на высоком уровне мощности коэффициент подключения (связи) выбирается из условия p ≅ 0,5, т.е. со слабой связью с основной линией. Настройка в резонанс достигается за счет изменения длины индуктивного кольца 6 путем увеличения ширины перемычки кольца или при помощи использования второй перемычки (полоска из фольги), передвигающейся по периметру индуктивного кольца и замыкающей индуктивность на корпус в разных точках окружности. Надежный контакт с корпусом создается за счет контактного устройства 9. Для расчета индуктивности воспользуется известными формулами: ω_o= (1) где С pС₁ C₁= 10^-12(пФ) (2) где С₁ емкость диэлектрической шайбы. Индуктивное кольцо компенсирует общую емкость, которая равна C p 10^-12 (3) где p коэффициент подключения; ε диэлектрическая проницаемость шайбы; ω_o круговая частота; t толщина шайбы;
D₁ внешний диаметр подключенных диодов;
D₂ внутренний диаметр корпуса устройства. Исходя из проведенных исследовательских работ, хорошее совпадение экспериментальных данных с расчетными значениями индуктивности L получены, если в выражение (3) ввести поправочный коэффициент А ) 0,4-0,5. Тогда выражение примет окончательный вид:
L 10¹²(Гн) или L 10²¹(нГн)
Емкость диэлектрической шайбы с диодами, включенная вместе с другой емкостью и соединенной последовательно с ней индуктивностью и образующая параллельный контур между внутренним проводником и корпусом устройства, дает возможность в режиме пропускания высокого уровня мощности получить хорошее согласование в полосе рабочих частот не более 1,6 при мощности в линии Р_ср ≅ 300 Вт. Таким образом, использование изобретения позволит улучшить согласование и увеличить мощность за счет компенсации неоднородности с линии вносимой открытыми диодами.

Формула изобретения

КОММУТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее n полупроводниковых диодов, включенных последовательно в отрезок коаксиальной линии передачи и по крайней мере один дроссель, включенный между внутренним проводником и корпусной шиной, первый и второй конденсаторы и индуктивный элемент, отличающееся тем, что, с целью увеличения мощности в режиме пропускания и улучшения согласования, первый конденсатор выполнен в виде диэлектрической шайбы с двусторонней симметричной металлизацией в форме плоских колец с n отверстиями, которая установлена в плоскости поперечного сечения между внутренним проводником и корпусной шиной и выполнена с n дополнительными отверстиями, расположенными параллельно оси линии на одинаковом расстоянии одно от другого и совмещенными с соответствующими отверстиями плоских колец, в каждом из n отверстий установлен полупроводниковый диод, а индуктивный элемент выполнен в виде плоского проводящего, кольца, расположенного на одной стороне диэлектрической шайбы концентрично плоскому кольцу и соединенного с корпусной шиной по крайней мере одной перемычкой, при этом второй конденсатор образован внешней кромкой внутреннего проводника и плоским проводящим кольцом, а значения первого и второго конденсаторов С₁ и С₂ и индуктивности L связаны соотношениями


где p коэффициент подключения;
ε диэлектрическая проницаемость материала диэлектрической шайбы;
w_o круговая частота;
t толщина диэлектрической шайбы;
D₁ внешний диаметр подключенных полупроводниковых диодов;
D₂ внутренний диаметр корпусной шины;
n 1, 2, 3.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3