Выключатель

 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах управления амплитудой сигналов. Цель изобретения - увеличение коммутирующей мощности выключателя без увеличения тока управления и без снижения надежности. При запертых коммутирующих диодах они образуют с перемычкой последовательный резонансный контур. В результате щели оказываются закороченными, и сигнал на выход не проходит. Увеличение проходящей мощности обеспечивается за счет увеличения числа последовательных контуров, на которых делится напряжение сигнала. При отпертых коммутирующих диодах перемычки образуют с емкостями щели параллельный контур. При этом сигнал проходит на выход с минимальными потерями. 2 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) s Н 01 P 1/15

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (21) 4805008/09 (22) 21.03.90 (46) 07.11.92. Бюл. М 41 (71) Особое конструкторское бюро при Саратовском заводе "Тантал" (72) В.А.Костяков и А.Л.Львов (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 535635, кл. Н 01 P 1/15, 1976.

Вайсблат А. В, Коммутационные устройства СВЧ на пlп диодах, M.: Радио и связь, 1987, с. 50. (54) В ЫКЛ ЮЧАТЕЛ Ь (57) Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах управления амплитудой сигналов.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в различных управляющих устройствах СВЧ-диапазона— коммутаторах каналов, фазовращателях, ограничителях мощности и др.

Известен волноводный инверсный СВЧвыключатель, в виде установленной поперек волновода металлической диафрагмы со щелью, в которую включены полупроводниковые р!п-структуры (Вайсблат А.В. Коммутационные устройства СВЧ на и/и диодах. M.:

Радио и связь, 1987, с. 50, рис, 2,28).

Однако эта конструкция имеетдовольно низкую допустимую импульсную мощность, поскольку все напряжение, развиваемое

СВЧ-мощностью на противоположных стенках волновода, оказывается приложенным к одной щели и может вызвать пробой pin-диодов, подключенных к этой щели.

„„ Ц „„1774401 А1

Цель изобретения — увеличение коммутирующей мощности выключателя без увеличения тока управления и без снижения надежности, При запертых коммутирующих диодах они образуют с перемычкой последовательный резонансный контур. В результате щели оказываются эакороченными, и сигнал на выход не проходит. Увеличение проходящей мощности обеспечивается за счет увеличения числа последовательных контуров, на которых делится напряжение сигнала, При отпертых коммутирующих диодах перемычки образуют с емкостями щели параллельный контур, При этом сигнал проходит на выход с минимальными потерями. 2 ил.

Более высокой импульсной мощностью обладает выключатель в виде диафрагмы с несколькими параллельными щелями, в каждую из которых включены р!п-диоды (авт.св. В 535635, кл. Н 01 Р 1/15, 1976). Это позволяет увеличить допустимую СВЧ-мощность, так как развиваемое ею напряжение делится между всеми щелями, за счет чего напряжение на отдельных р!и-диодах уменьшается. Кроме того, в этой конструкции может быть расширен диапазон рабочих частот за счет применения щелей различной длины. Данная конструкция выбрана в качестве прототипа.

Недостатком описанной многощелевой конструкции является увеличение тока управления выключателем вследствие увеличения числа pin-диодов. Кроме того, 1774401 увеличение числа pin-диодов приводит к снижению надежности, Цель изобретения — увеличение коммутируемой мощности без увеличения тока управления и без снижения надежности.

Указанная цель достигается тем, что в выключателе, содерх<ащем отрезок прямоугольного волновода, в поперечном сечении которого установлена металлическая щелевая диафрагма, коммутирующие диоды, которые размещены в щелях, параллельных широким стенкам отрезка прямоугольного волновода, в металлической диафрагме между щелями выполнены дополнительные щели, параллельные широким стенкам отрезка прямоугольного волновода, на краях установлены дополнительно введенные конденсаторы, соединенные перемычками, При этом емкость конденсаторов С» выбирают из условия; йР = 2/LnC» (1) где Ln — индуктивность перемычки; в- рабочая частота.

Предлагаемый выключатель работает в резонансном инверсном режиме. Состояние запирания выключателя реализуется при подаче на pin-диоды напряжения обратной полярности. При этом в каждой щели с

pin-диодами емкость обратносмещенных диодов и индуктивность соединяющей их перемычки образуют на рабочей частоте последовательный резонансный контур, очень малое сопротивление которого закорачивает щель. В силу выполнения условия (1) такие же резонансные контуры образуются в щелях с конденсаторами, В результате все щели оказываются закороченными, и реализуется запирание.

Величина допустимой импульсной мощности Р в инверсном выключателе лимитируется именно состоянием запирания, так как СВЧ-напряжение 13свч Рт, развиваемое на выключателе, может вызвать пробой обратносмещенных диодов (при прямом смещении пробой в диодах не возникает).

Поскольку часть напряжения U«< падает на дополнительно введенных щелях с конденсаторами, то напряжение, приходящееся на каждый из диодов, уменьшается, и подаваемая на выключатель мощность может быть увеличена, Состояние пропускания выключателя реализуется при подаче на pin-диоды прямого смещения. При этом цепочка pin-диодов в щели представляет собой некоторую эквивалентную индуктивность, которая вместе с емкостью щели образует параллельный резонансный контур. Этот контур обладает высоким резонансным сопротивлением, которое практически не шунтирует

10

25

55 щель, и СВЧ-сигнал проходит через щель с малыми потерями. В щелях с конденсаторами остаются последовательные резонансные контуры, и СВЧ-сигнал через эти щели не проходит. Однако за счет малого сопротивления последовательных контуров на них падает незначительная часть СВЧ-напряжения, что практически не влияет на уровень потерь.

Поскольку на цепочки с конденсаторами никакого питания не подается, полученное увеличение допустимой импульсной мощности достигается без увеличения тока управления, А поскольку конденсатор имеет более высокую надежность, чем pin-диод, введение добавочных щелей с конденсаторами практически не снижает надежности выключателя.

Сопоставление с прототипом показывает, что отличительными признаками данного выключателя являются добавочные щели с включенными в них конденсаторами, емкость которых С» выбирают из условия (1).

На фиг.1 показан предлагаемый выключатель применительно к миллиметровому диапазону длин волн; на фиг.2 изображены схемы, поясняющие работу выключателя.

Приведенная на фиг.1 конструкция выполнена в канале 7,2х3,4 мм и является

СВЧ-выключателем в миллиметровом диапазоне. Диафрагма 1 (на фиг.1 ее поверхность выделена редкой штриховкой) помещена поперек волновода 2. В диафрагме параллельно широкой стенке волновода выполнены две щели 3, на краях которых установлены р!и-диоды 4, попарно соединенные между собой перемычками 5. К перемычкам подключены проволочные выводы 6 для подачи на диоды напряжения питания Uo. Между щелями 3 введена добавочная щель 7 с установленными на ее краях конденсаторами 8, соединенными между собой перемычкой 9. Вследствие малого поперечного размера волноводного канала конденсаторы расположены на диафрагме не на стороне pin-диодов. а с обратной стороны. (В каналах большого размера конденсаторы и pin-диоды могут быть расположены на одной стороне диафрагмы), Все цепочки с диодами и конденсаторами были расположены в центре щелей. Индуктивность перемычек(41 и Lno) рассчитывали по формуле

L= 0,2l(in — + 1,193 + 0,224 — ) —, 1 где I — длина перемычки, а- ширина перемычки.

1774401

=ОЪ, ы. с, 1, с, 2

A-.A

Необходимую емкость конденсаторов определяли по формуле (1). Конструктивно конденсаторы были выполнены в виде прямоугольныхых керамических пластин (поликор) с металлизированными основаниями.

Работает выключатель следующим образом. При подаче на диоды обратного смещения Up < 0 они представляют собой некоторую эквивалентную емкость Сд (фиг.2а). Величину этой емкости подбирают таким образом, чтобы два последовательно соединенных диода и перемычка 5 с индуктивностью Lno составили на заданной рабочей частоте био последовательный резонансный контур, т,е.

В силу выполнения условия (1) в дополнительной щели образуется аналогичный. резонансный контур. Сопротивление последовательного контура при резонансе очень мало. В результате все три щели оказываются закороченными и реализуется состояние затирания. За счет увеличения числа контуров в делителе СВЧ-напряжения допустимая импульсная мощность увеличивается.

При подаче на диоды прямого смещения Uo > 0 представляют собой очень малое активное сопротивление, и индуктивности перемычек L о оказываются замкнутыми на края щели (рис.26). Ширину щели выбирают такой, чтобы емкость щели Сщ подчинялась условию Сщ = Сду2. При этом индуктивность перемычки и емкость щели образуют на рабачей частоте параллельный резонансный контур, поскольку

Сопротивление параллельного контура на рабочей частоте очень велико, и этот контур практически не шунтирует щель. В ре10 эультате СВЧ-сигнал проходит через щели с диодами с малыми потерями, и реализуется состояние пропускания. Посгольку при этом на конденсаторы в дополнительной щели питание не подается, ток управления не уве l5 личивается.

Формула изобретения

Выключатель, содержащий отрезок прямоугольного волновода, в поперечном сечении которого установлена металличе20 ская щелевая диафрагма, коммутирующие диоды, которые размещены в щелях, параллельных широким стенкам отрезка прямоугольного волновода, отличающийся тем, что, с целью увеличения коммутирую25 щей мощности без увеличения тока управления и без снижения надежности, в металлической диафрагме между щелями выполнены дополнительные щели, параллельные широким стенкам отрезка прямо30 угольного волновода, на краях которых установлены введенные конденсаторы, соединенные перемычками, при этом емкость

Ск конденсаторов выбирается из условия аР гп с. где Ln — индуктивность перемычки; в — рабочая частота.

1774401

Ск

0,(0

Редактор Т. Орлова

Заказ 3931, Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 с, ïî с

Ск

С9

4о

Ск

Составитель В.Костяков

Техред М.Моргентал Корректор А, Ворови