Кольцевой ограничитель 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 основной линии передачи длиной λ_В0/2, где λ_В0 - длина волны в линии передачи, один из концов которого является входом, а другой конец - выходом, и вспомогательный отрезок линии передачи длиной λ_В0, выполненный в виде полукольца, соединенный с началом и концом основного отрезка линии передачи посредством детекторного и pin-диодов. Диоды соединены по постоянному току своими разноименными электродами. Во вспомогательном отрезке линии передачи последовательно включен дополнительный pin-диод, соединенный разноименными электродами по постоянному току с детекторным диодом и первым pin-диодом. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к разработке СВЧ-устройств, защищающих вход чувствительных приемных устройств от перегрузки и выхода из строя под действием стороннего сигнала.

Из уровня техники известны полупроводниковые защитные устройства, в которых в качестве элемента, ограничивающего СВЧ-мощность, используются pin-диоды, ограничительные и варакторные 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 варакторных защитных ограничителей и устройств, выполненных на ограничительных диодах, варакторных диодах и полевых транзисторах, является невысокая допустимая входная мощность.

Наиболее близким техническим решением для преодоления указанных недостатков является ограничитель СВЧ-мощности [2] содержащий отрезок линии передачи, один конец которого является входом, а другой выходом ограничителя, цепочку из последовательно соединенных своими разноименными электродами переключательного и детекторного диодов, параллельно включенной в линию передачи с помощью металлических проводников. Такой ограничитель в высокоимпедансном состоянии диодов пропускает 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 его узкополосность, а также сложность конструкции, обусловленная обеспечением замыкания цепи подпитки по постоянному току.

Задача, решаемая изобретением, заключается в расширении рабочей полосы ограничителя и в упрощении его конструкции.

Для решения этой задачи использован петлевой принцип построения ограничителя мощности, широко используемый при создании СВЧ-устройств других классов: фильтров, выключателей, фазовращателей [3-5] На фиг. 1 представлен пример конструктивной реализации трехдиодного ограничителя в микрополосковом исполнении; на фиг. 2 расчетные диапазонные характеристики; на фиг. 3 расчетная и экспериментальная ограничительные характеристики предлагаемого устройства.

Ограничитель содержит (фиг. 1) основной отрезок линии передачи 1 длиной λ_В0/2, где λ_В0 длина волны в линии передачи, один из концов которого является входом, а другой конец выходом, и вспомогательный отрезок линии передачи 2 длиной λ_В0, выполненный в виде полукольца, соединенный с началом и концом основного отрезка линии передачи посредством детекторного диода 3 и pin-диода 4. В рассечку вспомогательного отрезка линии передачи 2 включен дополнительный pin-диод 5. Все диоды соединены по постоянному току своими разноименными электродами, образуя замкнутую электрическую цепь. Это упрощает конструкцию ограничителя, так как не требуется никаких дополнительных дросселей и заземлений.

Предлагаемый ограничитель работает следующим образом.

При низком уровне мощности диоды находятся в высокоимпедансном состоянии. Вспомогательный отрезок отключен от основного отрезка линии передачи. Емкость диодов, способных эффективно в несмещенном состоянии отключить вспомогательный отрезок от основного, в сантиметровом и особенно миллиметровом диапазонах длин волн должна быть менее 0,1 пФ. Используемые же в ограничителях мощности детекторные диоды с относительно высокой допустимой рассеиваемой мощностью имеют емкость порядка 0,2-2,0 пФ. Диод с такой емкостью не может в указанном диапазоне длин волн эффективно отключить вспомогательный отрезок линии передачи. Это приводит к появлению в рабочей полосе ограничителя в режиме низкого уровня мощности паразитных резонасных пиков, обусловленных влиянием вспомогательного канала (кривая 1, фиг. 2). Для более эффективного отключения этого канала применяется дополнительный pin-диод 3 с малой емкостью. Это позволяет снизить степень влияния вспомогательного отрезка линии передачи (кривая 2, фиг. 2). Таким образом в режиме низкого уровня мощности устройство обладает широкой полосой пропускания.

При высоком уровне входной мощности происходит открывание детекторного диода. Ток, генерируемый детекторным диодом, переводит переключательные pin-диоды в низкоимпедансное состояние. Учитывая, что разность длин отрезков основной и вспомогательной линии передачи равна λ_В0/2, СВЧ-сигналы, проходящие по двум отрезкам, на выходе устройства оказываются в противофазе и подавляются. При этом обеспечивается высокая развязка в широком диапазоне частот. Включение дополнительного pin-диода не приводит к сокращению полосы частот развязки (кривые 3 и 4, фиг. 2).

Расчетная ограничительная характеристика устройства приведена на фиг. 3, кривая 1.

Пример реализации ограничителя мощности: f_o 7,5 ГГц; линия передачи микрополосковая; толщина подложки 1 мм; диэлектрическая проницаемость подложки ε_r 2,2; характеристическое сопротивление основного отрезка линии передачи 50 Ом, сопротивление вспомогательного 30 Ом; переключательные pin-диоды 2А553А-3; детекторный диод 3А117А-6.

На фиг. 3, кривая 2 приведена ограничительная характеристика, снятая в импульсном режиме при длительности импульса τ 5 мкс с частотой повторения, равной 1 кГц, на частоте сигнала, равной 7,4 ГГц.

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

2. Лебедев И. В. Шнитников А.С. Прохоров Р.А. Скоробогатов Д.В. Новые структурные схемы твердотельных ограничителей мощности. Изв. вузов, Радиоэлектроника, 1991, N 10, Т. 34, с. 9-18.

3. Мазепова О.И. Фельдштейн А.Л. Кольцевой фильтр гармоник из одинаковых звеньев. Радиотехника и электроника, 1971, Т. 16, N 10, с. 1956-1959.

4. Купцов Е.И. Лебедев И.В. Петлевой микрополосковый СВЧ-выключатель.- Изв. вузов, Радиоэлектроника, 1984, N 12, Т. 27, с. 82-84.

5. Хижа Г.С. и др. СВЧ-фазовращатели и переключатели: особенности создания на pin-диодах в интегральном исполнении. М. Радио и связь, 1984, 184 с.

Формула изобретения

Ограничитель СВЧ-мощности, содержащий отрезок основной линии передачи длиной λ/2, где λ - длина волны в линии передачи, один из концов которого является входом, а другой конец выходом, и вспомогательный отрезок линии передачи длиной λ, выполненный в виде полукольца, соединенный с началом и концом основного отрезка линии передачи посредством детекторного и p-i- n-диодов, отличающийся тем, что диоды соединены по постоянному току своими разноименными электродами, а во вспомогательном отрезке линии передачи последовательно включен второй p-i- n-диод, соединенный разноименными электродами по постоянному току с детекторным диодом и первым p-i- n-диодом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3