Ограничитель свч-мощности

 

Использование: в радиотехнике, для ограничения мощности в различной аппаратуре СВЧ. Сущность изобретения: в ограничитель , содержащий отрезок линии передачи и шунтирующую его цепочку из детекторного и первого переключательного диодов, введен второй переключательный диод, включенный встречно параллельно детекторному диоду. Кроме того, могут быть введены дроссель, третий переключательный диод и конденсатор, соединенные последовательно и шунтирующие отрезок линии передачи со стороны выхода ограничителя на расстоянии в четверть длины волны от сечения , в котором включена диодная цепочка. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

COlO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4900554/09 (22} 08.01.91 (46) 07.07.93. Бюл. М 25 (71) Московский энергетический институт (72) P,À.Ïðoõoðoî. И,В.Лебедев и Д.В.Скоробогатов (73) Московский энергетический институт (56) Вайсблат А.В, Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах.—

M,, Радио и связь, 1987, с. 75, Авторское свидетельство СССР

М 1483518, кл. Н 01 P 1/15, 1987. (54} ОГРАНИЧИТЕЛЬ СВЧ-МОЩНОСТИ (57) Использование: в радиотехнике, для orИзобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано в радиоприемных и радиопередающих устройствах.

Целью изобретения является снижение порога ограничения, увеличение максимальной развязки и повышение допустимой входной мощности.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема ограничителя СВЧмощности, первый вариант, на фиг.2 — электрическая схема ограничителя, второй вариант, на фиг.3 — пример практической реализации ограничителя в микрополосковом исполнении, Ограничитель СВЧ-мощности содержит отрезок линии передачи 1; переключательный диод 2; детекторный диод 3; дополнительный переключательный диод 4; дроссель 5; третий переключательный диод

6; драссель 7; конденсатор 8; диэлектриче„„5IJÄÄ 1827041 АЗ раничения мощности в различной аппаратуре СВЧ. Сущность изобретения. в ограничитель, содержащий отрезок линии передачи и шунтирующую его цепочку из детекторного и первого переключательного диодов, введен второй. переключательный диод, включенный встречно параллельно детекторному диоду. Кроме того, могут быть введены дроссель, третий переключательный диод и конденсатор, соединенные последовательно и шунтирующие отрезок линии передачи со стороны выхода ограничителя на расстоянии в четверть длины волны от сечения, в котором включена диодная цепочка.

1 з.п.ф-лы, 3 ил, скую подложку 9: заземляющие отверстия в подложке 1,0; четвертьволновые отрезки линий передачи с высоким 11 и низким 12 волновым сопротивлением; контактные площадки 13 — 16; отрезок линии пе,.едачи

17.

Ограничитель работает следующим образом, При низком уровне входной мощности, когда СВЧ-напряжение на детекторном диоде 3 не поевышает порогового значения Unop. äèoäû 2- 4 находятся в высокоимпедансном состоянии. (Под пороговым значением напряжения Unop здесь и далее понимается сумма пороговых напряжений детекторного и переключательного диодов, определенных па их статическим вольт-амперн ым характеристикам).

Соотношение емкостей переключательных диодов 2, 4 и детекторного диода 3, а

1827041 также их абсол отные значения выбираются из следующих соображений. Потери, вносимые в СВЧ-тракт ограничителем, содержащим одиночную шунтирующую цепочку из диодов 2-4, определяются па формуле

L=-10lg i 1+ 2L где Zc — волновое сопротивление отрезка линии передачи 1;

7 — импеданс шунтирующей цепочки из диодов 2-4, Импедансы диодов 2-4 и режиме низкого уровня входной мощности имеют практически чисто емкостный характер, в этом случае соотношение (1) приводится к виду

t-BH = "0 q(1 - (С

ZcKf

Сз

) ), Р) гда f — рабочая частота ограничителя;

С2, Сз, С вЂ” емкости переходов диодов

2 — 4.

При низком уровне мощности на входе ограничителя цепочка диодов 2, 3,.4 образует емкастный делитель. Амплитуда СВЧ-напряжения на детекторном диоде Ua находится по формуле:

Ud=UB С +С +С

С2 где Use — амплитуда СВЧ-напряжения в точках подключения цепочки диодов 2-4 к отрезку линии передачи 1.

Для того, чтобы в предлагаемом ограничителе СВЧ-мощности электрические нагрузки переключательных диодов 2, 4 различались незначительно, целесообразно выбирать эти диоды одинаковыми, тогда

C2 = С4. Для снижения порога ограничения необходимо повышать амплитуду напряже. ния на детекторном диоде 4. Это достигается, как следует из (3), уменьшением емкости детекторного диода Сз, Однако снижение емкости детекторного диода сопровождается уменьшением допустимой рассеиваемой мощности, Кроме тога, значительное понижение емкости Сз по сравнению с С и С4 нецелесообразна, так как при

Сз < 0,1 Cz напряжение нз детекторном диоде слаба зависит от Сз и приближается (в соответствии с формулой (3)) к уровню

Ud 0ж. На основании вышеизложенного емкость детекторного диода Сз следует выбирать в пределах (0,1...1,0)Сz в зависимости от требований, предьявляемых к ве2+и 1

С2 „ 10 — 1; (4) Ca= Cz; Сз= и С2

При выборе емкостей диодов 2-4 в соответствии с вышеизложенным ограничитель вносит в тракт малое затухание в режиме низкого уровни мощности.

По мере увеличения входной мощности возрастает СВЧ напряжение, прикладываемое к детекторному диоду 3 через емкост25 ный делитель. Когда указанное напряжение превысит пороговый уровень U>

2, 4 и переводит их B низкаимпеданснае состояние. Цепь постоянного тока замыкается через драссель 5, шунтирующий отре35 зак линии 1. Ограничитель в этом режиме вносит в тракт значительное затухание 1 з.

Полагая, что импедансы диодов 2-4 при высоком уровне мощности нз входе ограничителя являются чисто активными и равны40 ми сопротивлениям контактных областей указанных диодов, можно рассчитать величину1з с учетом формулы (1);

Ес(З В4)

2 йз R4+B) где йз, R4 сопротивления контактных областей диодов 3, 4.

50 В соотношении (5) учтено, что диады 2 и

4 выбраны одинаковыми, при атом В2- йа

Когда ограничитель не содержит второго переключательнаго диода 4, значение 1з определяется из выражения:

U=20 a 1+ 2Я +й (б)

2 йз+Йо

Сопоставляя формулы (5) и (6), можно сделать вывод, что введение дополнительличине порога ограничения и допустимой рабочей мощности устройства.

Таким образом, при заданной величине вносимых потерь ограничителя Ь на цент5 ральной частоте рабочего диапазона fo u выбранном отношении емкости детекторного диода к емкости переключательного диода и - Сз/С2 могут быть однозначно рассчитаны значения емкостей переходов

10 диодов 2, 3, 4 с учетам формулы (2): ного переключательного диода 4 обусловливает увеличение максимальной развязки ограничителя в режиме высокого уровня

МОЩНОСТИ.

Величина рассеиваемой мощности в детекторном диоде 3 в режиме высокого уровня мощности определяется по формуле:

Р 1 1Uas t Ййз ) (R2 R3 + н2 R4 + R3 R4 )2

При отсутствии дополнительного переключательного диода 4 соотношение (7) принимает вид:

1 !араб l

"paces =- 2 НЗ.

4 (В2+Вэ)

Из сравнения формул (7) и (8) следует, что при подключении дополнительного пвреключательного диода 4 параллельно детекторному диоду 3 электрическая нагрузка и рассеиваемая мощность диода 3 значительно снижаются. Степень уменьшения электрической нагрузки диода 3 определяется величиной отношенИя Яз/R4; чем больше .указанное отношение, тем ниже электрическая нагрузка. "Разгрузка" диода

3 по СВЧ-мощности позволяет использовать детекторный диод, имеющий меньшую рабочую площадь и меньшую емкость, При этом возрастает амплитуда СВЧ-напряжения Ud на детекторном диоде 3 (a соответствии с формулой (3)), процесс детектирования начинается при меньшем значении входной мощности, то есть снижа" ется порог ограничения.

Кроме того, снижение электрической нагрузки детекторного диода 3 дает возможность повысить допустимую входную мощность ограничителя, так как в предлагаемом ограничителе именно детекторный диод является наиболее чувствительным элементом, лимитирующим уровень допустимой входной мощности.

Работа второго варианта ограничителя сходна с работой первого, описанного выше. При низком уровне входной мощности диоды 2-4 и 6 находятся в высокоимпедансном состоянии. Емкости диодов 2 — 4 определяются из соотношений (4). Емкость третьего переключательного диода 6 выбирается близкой к половине емкости диода 2, что Обес ечивает вносимые потери отдельно взятого выходного каскада на диоде 6, приблизительно равные вносимым потерям отдельно взятого первого каскада на диодах

2-4 и режиме низкого уровня мощности.

Если емкости диодов 2-4 и б выбраны так, как указано выше, то ограничитель вносит в тракт в режиме низкого уровня мощности малое затухание.

В режиме высокого уровня мощности постоянный ток, вырабатываемый детекторным диодом 3, протекает через переключательные диоды 2, 4, б и переводит их в низкоимпедансное состояние. Дроссели 5, 7 служат для замыкания цепей постоянного тока. Конденсатор 8 предназначен для развязки СВЧ-тракта и цепей постоянного тока.

Третий переключатвльный диод 6 играет роль выходного "подчищающего" каскада ограничителя, дополнительно уменьшающего просачивающуюся мощность, Шунтирующее включение диода 6 на расстоянии в четверть длины волны от сечения, где подключена цепочка из диодов 2 — 4, приводит к тому, что в режиме высокого уровня мощности в указанном сечении создается максимум стоячей волны напряжения. Полное ослабление, создаваемое ограничителем, повышается на 10...15 дБ по сравнению с

25 ослабленйем, обеспечиваемым схемой по фиг.1. Тем самым достигается полезный эффект — уменьшение просачивающейся мощности ограничителя.

Ограничитель СВЧ-мощности выполнен на диэлектрической подложке 9 из поликора толщиной 1 мм. Контактные площадки 14, 15 служат для подключения диодов 2, 3 и 4 к отрезку линии передачи 1. Переключательные диоды 2, 4 — типа 2А517А, детекторный диод 3 — типа 3А117А. Заземляющие отверстия s подложке 10, четвертьволновый отрезок линии 11 и контактная площадка 13 служат для замыкания цепи постоянного тока. Четвертьволновые отрезки линий 11, 12, отрезок линии передачи 17 и контактная площадка 16 образуют промежуточный вывод от общей точки соединения электродов диодов 2-4. Указанный вывод служит для контроля параметров ограничителя E ловиях промышленного выпуска.

Предлагаемый ограничитель СВЧ-мощности обеспечивает достижение техникоэкономического эффекта, связанного со снижением порога ограничения, увеличением максимальной развязки, повышением допустимой входной мощности, уменьшением просачивающейся мощности.

Формула изобретения

1. Ограничитель СВЧ-мощности, содержащий отрезок линии передачи, параллельно которому подключена цепочка из последовательно соединенных разноимен: ными электродами детекторного и первого переключательного диодов, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью увеличения допусти1827041 а rZ y аг. 3.

Составитель Л.Белая

Редактор С.Кулакова Техред М. Моргентал Корректор И.Шмакова

Заказ 2332 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 1D1 мой входной мощности при увеличении развязки, введен второй переключательный диод, который размещен в одном сечении с детекторным и первым переключательным диодами и анод- которого соединен с катодом детекторного диода, а катод — с его анода м.

2. Ограничитель поп.1, отл ич а ю щи. и с я тем, что с целью уменьшения просачивающейся мощности, введены третий переключательный диод, дроссель и конденсатор, при этом последовательно соединенные третий пере;<лючательный диод и конденсатор подключены параллельно отрезку линии передачи со стороны выхода

5 ограничителя СВЧ мощности на четвертьволновом расстоянии от сечения, в котором установлены детекторный, первый и второй переключательные диоды, общая точка которых через дроссель соединена с общей

10 точкой третьего переключающего диода, полярность включения которого противоположна полярности детек-.орного диода.