Ограничитель свч-мощности

 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к разработке СВЧ-устройств, предназначенных для защиты входа чувствительного приемного устройства от перегрузки и выхода из строя под действием сигнала собственного передатчика или мощного стороннего сигнала. Предложенный ограничитель СВЧ-мощности содержит отрезок линии передачи, один из концов которого является входом ограничителя, а другой - его выходом. Шунтирующие эту линию детекторный и переключательный диоды соединены по постоянному току своими разноименными электродами. В состав ограничителя входят разделительные конденсаторы и дросселирующий элемент, обеспечивающий замыкание цепи постоянного тока. В отрезок линии передачи со стороны входа ограничителя последовательно включен по СВЧ-току и по постоянному току дополнительный детекторный диод, емкость которого в 50-100 раз превышает емкости детекторного и переключательного диодов, причем переключательный и дополнительный детекторный диоды соединены в общей точке своими разноименными электродами. 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к разработке СВЧ-устройств, предназначенных для защиты входа чувствительного устройства от перегрузки и выхода из строя под действием сигнала собственного передатчика или мощного стороннего сигнала.

Из уровня техники известны полупроводниковые защитные устройства, в которых в качестве элемента, ограничивающего СВЧ-мощность, используются pin-диоды, ограничительные и характерные диоды и полевые транзисторы [1] Недостатком pin-диодных ограничителей мощности при большой толщине pin-структуры, необходимой для обеспечения высокой рабочей мощности, является отсутствие самоуправляемости под действием входного СВЧ-сигнала. Недостатком защитных ограничителей, выполненных на ограничительных диодах, варакторных диодах и полевых транзисторах, является невысокая допустимая входная мощность.

Наиболее близким техническим решением для преодоления указанных недостатков, принятым в качестве прототипа, является квазиактивный ограничитель СВЧ-мощности [2] содержащий отрезок линии передачи, один конец которого является входом, а другой выходом ограничителя, и переключательный и детекторный диоды, встречно включенные в линию передачи с помощью металлических проводников. Такой ограничитель в высокоимпедансном состоянии диодов пропускает с малыми потерями слабый СВЧ-сигнал, а в низкоимпедансном состоянии тех же диодов создает отражение входного СВЧ-сигнала, мощность которого превышает пороговое значение, благодаря подпитке переключательного pin-диода постоянным током, генерируемым детекторным диодом.

Недостатком ограничителя [2] является небольшая развязка в режиме высокого уровня мощности и, как следствие этого, относительно высокая величина просачивающейся СВЧ-мощности. Это обусловлено, в частности тем, что подпитка pin-диода постоянным током осуществляется от одного детекторного диода, рабочая площадь которого мала для обеспечения низких вносимых потерь в режиме пропускания.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении развязки в режиме высокого уровня мощности и снижении величины просачивающейся мощности. Эта задача решается тем, что в ограничителе СВЧ-мощности, содержащем отрезок линии передачи, один из концов которого является входом ограничителя, а другой его выходом, и шунтирующие эту линию детекторный и переключательный диоды, соединенные по постоянному току своими разноименными электродами, в отрезок линии передачи со стороны входа ограничителя последовательно включен по СВЧ-току и по постоянному току дополнительный детекторный диод, емкость которого в 50-100 раз превышает емкости детекторного и переключательного диодов, причем переключательный и дополнительный детекторный диоды соединены в общей точке своими разноименными электродами.

На фиг. 1 представлена эквивалентная электрическая схема предлагаемого ограничителя; на фиг. 2 показан пример его реализации в интегральном исполнении на базе микрополосковой линии передачи.

Ограничитель мощности содержит линию передачи (фиг.1), которую шунтируют детекторный V1 и переключательный V2 диоды, соединенные по постоянному току своими разноименными электродами. В отрезок линии передачи со стороны входа ограничителя последовательно включен по СВЧ-току и по постоянному току дополнительный детекторный диод V3, емкость которого в 50-100 раз превышает емкости детекторного и переключательного диодов. Переключательный и дополнительный детекторный диоды соединены в общей точке своими разноименными электродами. Ограничитель содержит разделительные конденсаторы C_разд и дросселирующий элемент L_др, обеспечивающий замыкание цепи постоянного тока.

Предлагаемый ограничитель мощности работает следующим образом.

При низком уровне входной СВЧ-мощности диоды V1 и V2 находятся в высокоимпедансном состоянии и практически не влияют на прохождение СВЧ-сигнала. Импеданс диода V3 на рабочей чистоте, имеющего емкость, в 50-100 раз большую емкости диодов V1 и V2, мал, что обеспечивает пропускание слабого СВЧ-сигнала с малыми потерями. Вносимые потери предлагаемого ограничителя мощности в режиме низкого уровня мощности малы. При входном СВЧ-сигнале, мощность которого превышает пороговое значение, открывается детекторный диод V₁ и переключательный pin-диод V2 начинает подпитываться постоянным током, замыкаемым через L_др. Диоды V1 и V2 переходят в низкоимпедансное состояние. Благодаря этому резко возрастает СВЧ-напряжение, падающее на дополнительном детекторном диоде V3. Он открывается, и в pin-диод начинает поступать дополнительный постоянный ток, генерируемый этим диодом. Вследствие этого импеданс pin-диода дополнительно снижается, и при одинаковой входной мощности достигается более сильное отражение сигнала по сравнению с прототипом. Это вызывает одновременно и снижение просачивающейся СВЧ-мощности.

При реализации ограничителя на базе микрополосковой линии передачи (фиг. 2) диод V3 включается в рассечку полоскового проводника, а параллельное включение диодов V1 и V2 обеспечивается известными методами с помощью разомкнутых на конце четвертьволновых шлейфов. Дополнительные элементы (четвертьволновые отрезки линии с малым и высоким характеристическим сопротивлением) служат для замыкания цепи постоянного тока всех рассматриваемых диодов. Разделительные конденсаторы, последовательно включенные в полосковый проводник на входе и на выходе ограничителя, предотвращают короткое замыкание цепи диодов V2 и V3 помимо диода V1.

Использованная литература 1. Ропий А.И. и др. Сверхвысокочастотные защитные устройства. М. Радио и связь, 1993, 128с.

Virk R.S. Rapadas J. PIN diodes are the building blocks of microwave limiters. Microwave Sustem News, 1990, V.20, No.3, P.51, 52, 54, 55.

Формула изобретения

Ограничитель СВЧ-мощности, содержащий отрезок линии передачи, один из концов которого является входом ограничителя, а другой конец его выходом, шунтирующие эту линию детекторный и переключательный диоды, соединенные по постоянному току своими разноименными электродами, а также разделительные конденсаторы и дросселирующий элемент, обеспечивающий замыкание цепи постоянного тока, отличающийся тем, что в отрезок линии передачи со стороны входа ограничителя последовательно включен по СВЧ-току и по постоянному току дополнительный детекторный диод, емкость которого в 50 100 раз превышает емкости детекторного и переключательного диодов, причем переключательный и дополнительный детекторный диод соединены в общей точке своими разноименными электродами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2