Дискретный диодный свч-фазовращатель

 

Использование: изобретение относится к технике СВЧ и быть использовано для дискретного изменения фазы сигнала. Сущность изобретения: в отрезке прямоугольного волновода с емкостной диафрагмой , поперек щели которой включены pin-диоды, р-контакты которых соединены проводом, подключенным к цепи питания через узкую стенку отрезка волновода, металлическую перемычку, расположенную в зазоре емкостной диафрагмы, для повышения быстродействия при использовании малоемкостных pin-диодов в диапазоне вносимого фазового сдвига р, 5° р 25° и увеличения механической прочности, щель емкостной диафрагмы снабжена двумя прямоугольными выступами, расположенными на противоположных кромках щели напротив друг друга между осью отрезка волновода перпендикулярно его широким стенкам и pin-диодами, а участок щели, включающий pin-диоды, Заполнен введенным диэлектриком . 1 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s Н 01 P 1/185

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР и "= .: д4Рр.-"- .. " !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4839770/09 (22) 09.09,90 (46) 15.11,92. Бюл. ¹ 42 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт "Альтаир" (72) А.С.Батанов, M,Н.Грачев, B.Ë.Çóáêîâ, Ю.А.Карцев и Е,А.Сергеев (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 368681; кл. Н 01 P 1/10, 1970, Авторское свидетельство СССР

¹ 995165, кл. Н 01 P 1/185, 1980. (54) ДИСКРЕТНЫЙ ДИОДНЫЙ СВЧ-ФА30B РАЩАТЕЛ Ь (57) Использование: изобретение относится к технике СВ4 и мо) зт быть использовано для дискретного изменения фазы сигнала. Сущность изобретения: в отрезке прямоугольного волновода С емкостной диИзобретение относится к регулируемым волноводным устройствам, а именно к дискретным фазовращателям с полупроводниковыми элементами, и может быть использовано в радиотехн:. еской аппаратуре СВЧ-диапазона, Известны конструкц,v) волноводных секций с резонансными диафрагмами, содержащими полупроводниковые элементы, образующие nipln-структуру, Такие секции используются в выключателях СВЧ мощности, главными характеристиками которых являются величины потерь в открытом и закрытом состояниях.

Известна конструкция фаэовращателя типа нагруженной линии, содержащего отрезок прямоугольного волн овода с резонансной диафраг) ой. В диафрагме, у одной из

„„ЯЛ„„1775762 А1 афрагмой, поперек щели которой включены

pin-диоды, р-контакты которых соединены проводом, подключенным к цепи питания через узкую стенку отрезка волновода, металлическую перемычку, расположенную в зазоре емкостной диафрагмы, для повышения быстродействия при использовании малоемкостныл реп-диодов в диапазоне вносимого фазового сдвига р 5 < p < 25 и увеличения механической прочности, щель емкостной диафрагмы снабжена двумя прямоугольными выступами, расположенными на противоположных кромках щели напротив друг друга между осью отрезка волновода перпендикулярно его широким стенкам и

pin-диодами, а участок щели, включающий

pin-диоды, Заполнен введенным диэлектриком, 1 ил. узких стенок волновода установлены pin-диоды, р-контакты которых соединены проводом, подключенным к цепи питания через узкую стенку волновода, Вторая стенка вы- Qq полнена в виде металлического ползуна.

Развитием этой конструкции является фазовращатель с pin-диодами у одной из узких стенок волновода, в котором с целью расширения полосы рабочих частот установлена металлическая перемычка, расположенная в плоскости поперечного

° и сечения, проходящей через pin-диоды, С целью перестройки фазового сдвига эта перемычка может быть выполнена подвижной, Ее перемещение приводит к изменению амплитуд волн высших типов и, г довательно, к изменению связей между контурами эквивалентной схемы фазовращателя, что

1775762 позволяет установить требуемый фазовый сдвиг. Так как эквивалентная схема многоконтурная, фазовращатель более широкополосен, чем предыдущий.

В рассмотренных pin-диодных выключателях и фэзовращателях использовались диоды типа 2А505А или 2А508А, образующие nipln-структуру, перемыкэющую щель диафрагмы. Диоды этих типов имеют высоту 1 мм, емкость около 1 пФ и связанную с ней величину накопленного заряда около

200 нК. Время переключения этих диодов составляет 10 мксек, Недостатком рассмотренных фазовращателей является низкое быстродействие, связанное с невозможностью использования в них малогабаритных диодов типа 2А517 или 2А543 с малым (<1 мксек,) временем переключения ввиду изменения электродинамических свойств системы, При креплении таких малоемкостных диодов (Сд 0,3 пФ) в прежнюю диафрагму появляется отрезок провода, перемыкающий щель, в результате чего не удается получить требуемые параметры и электродинамические характеристики: согласование в двух состояниях фазовращателя и низкую величину затухания.

Целью изобретения являлось повышение быстродействия при использовании мал о ем к остн ых pl n-диодов в диа п азо не фазового сдвига вносимого каждым модулем 5 5 q) <25О и повышение механической прочности.

Это позволяет удовлетворить высокие требования по быстродействию к устройствам формирования и обработки сложных

СВЧ сигналов, предъявляемые современными радиотехническими системами. Повышенное быстродействие, э также монолитное выполнение диафрагмы с диодами и их выводами, их герметизация расширяют область применения устройства, приводят к повышению его надежности и долговечности, уменьшают число отказов системы, повышают полезное время их функционирования и в результате экономят ресурсы.

В основе изобретения лежат следующие свойства предложенной конструкции.

Диафрагма с диодами является резонансной системой, причвм каждому состоянию диодов соответствует свой резонанс параллельного типа. Выключенным диодам соответствует более высокая резонансная частота. Обе резонансные кривые пересекаются в центре рабочей полосы частот, причем углы наклона в точке пересечения в сумме равны 180" В предложенной конст30

: pin-диодами. Участок щели, включающий

35 pin-диоды, заполнен введенным диэлектриком. При этом параметры конструкции

= 0,096 + 0,0074 р

= 0,039 + 0,01 р;

5

25 рукции модули производных по частоте резонансных характеристик в центре рабочей полосы минимальны. Требуемая величина фазового сдвига, вносимого диафрагмой, определяется величиной ее КСВН на центральной частоте. Было найдено, что при увеличении параметров l или с (фиг.1) КСВН точки пересечения резонансных кривых возрастает, при этом меняется наклон кривых, а точка пересечения перемещается в область низких частот при увеличении или в сторону высоких частот при увеличении с, Величина этого смещения составляет несколько процентов от центральной частоты при изменении или с на 1 мм. Одновременно изменяя и с можно сохранять точку пересечения в центре рабочей полосы, меняя при этом уровень пересечения резонансных кривых. Таким образом достигается управление величинами КСВН и фазового сдвига. При этом на центральной частоте величина КСВН одинакова для сопряженных состояний диафрагмы с диодами, причем емкостное и индуктивное состояния дают одинаковые по модулю, но противоположные по знаку фазовые сдвиги.

В отличие от прототипа щель емкостной диафрагмы модуля снабжена двумя прямоугольными выступами, расположенными на противоположных кромках щели напротив друг друга между осью отрезка волновода перпендикулярно его широким стенкам и (фиг.1) удовлетворяют следующим соотношениям: где = 0,5; — = 0,435; — - — — 0,0435;—

Ьо, b Ь t, s

b à àà à

= 0,087, = 0,03; E=5,0; =-1,28. Здесь э и ,h, Ь вЂ” ширина и высота волновода, Ьо — ширина щели, с — расстояние от внутреннего края перемычки до боковой стенки волновода, Ь вЂ” толщина диафрагмы, t и Ь вЂ” ширина выступов и величина зазора между ними, s — расстояние от диодов до выступов, !— расстояние от выступов до узкой стенки волновода, r. — относительная диэлектрическая проницаемость заполнения, 4, — центральная длина волны рабочего диапазона.

1775762

Конструкция диафрагмы представлена ка чертеже, где приняты следующие обозначения; 1 — отрезок прямоугольного волновода, 2 — диафрагма, 3 — р1п-диоды, 4— отрезок провода. соединяющего диоды, 5 — 5 вывод для подключения источника питакия, 6 — выступы диафрагмы, 7 — диэлектрическое заполнение, 8 — металлическая перемычка.

На основе этой конструкции были раз- 10 работаны дискретные диодные СВЧ фазовращатели с управляемыми фазовыми сдвигами 90 и 45О, работающие в диапазоне частот 9,7 — 10,7 ГГц. Монтаж диодов конструкции типа А-2 или А-5, например 15

2А517А-2, выполнен на противоположных стенках щели диафрагмы путем образования из двух pin-диодов структуры с перемычкой, от которой отходит общий вывод питания пары диодов. Вывод питания че- 20 реэ узкую стенку волновода не должен вно-. сить нэ СВЧ дополнительную паразитную реактивность, а СВЧ герметизация по выводу питания обеспечивается симметрией неоднородности по отношению к выводу. 25

После этого область монтажа диодов, включая выступы щели диафрагмы, заливались клеем К-400 с диэлектрической проницаемостью я = 5,0, При этом диоды оказывались полностью герметизировэнными. Характе- 30 ристики такой конструкции имеют инверсный тип, т,е. в обесточенном состоянии диодов реактивность ь -дуля имеет индуктивный характер, э во включенном состоянии емкосткой. 35

90 -ный разряд фазовращателя состоит из среднего модуля типа А и двух, расположенных по разные стороны от негр модулей типа А, отделенных от А отрезками волновода длиной Аь/4. Уровень пересечения ре- 40 зонансных кривых соответствует для модуля А — КСВН =- 2.0 (<р = «19,5 ) и для модуля  — КСВН = 1.51 (r/) = «-11,5 ). Параметры модулей;

А — i = 5.5 мм, с =- 5,4 мм, д = 0 45

 — i = 4,2 мм, с = 3,5 мм, 0,6 мм.

Остальные параметры принимают одинаковые значения для обоих модулей В, = 5 мм, d=t=1,0мм, з=2мм, 1-07мм.

45 -ный разряд состоит из двух модулей типа В, разделенных отрезком Bollновода

Л >/4.

90 -ный разряд имеет в каждом из двух фазовых состояний величину рассогласования на одном из краев рабочей (10 -ной) полосы, характеризуемую КСВН =1,3, Для состояния с включенными диодами это рассогласование нм.-:".T мпcro B высокочастотной области, а для состояния с выключенными диодами — в низкочастотной. Сооветственно на краю полосы возрастают суммарные потери, причем максимальная модуляция потерь при переключении не превышает 0,5дБ. Потери в центре рабочего диапазона 0,2 дБ, а модуляция отсутствует, Стабильность фазы во всем диапазоне не хуже. чем «3 . Указанная геометрия модулей сохраняется для диодов с емкостями 0,3 пФ, К ним, помимо диодов 2А517, относятся диоды 2А543 с емкостями 0,15 пФ и высотой 0,2 мм. Время срабатывания фазовращателя на диодах 2А517 составляет

0,5 мксек, а на диодах 2А543 — 0,15 мксек.

Формула изобретения

Дискреткый диодный СВЧ-фазовращатель, содержащий отрезок прямоугольного волновода с емкостной диафрагмой, поперек щели которой включены pin-диоды, рконтакты которых соедикены проводом, подключенным к цепи питания через узкую стенку отрезка волновода, металлическую перемычку, расположенную в зазоре емкостной диафрагмы, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия при использовании малоемкостных pin-диодов в диапазоне вносимого фазового сдвига ф, 5 < p < 25О увеличении механической прочности, щель емкостной диафрагмы снабжена двумя прямоугольными выступа- . ми на противоположных кромках щели, один напротив другого, которые размещены между поперечной осью отрезка прямоугольного волновода и р1п-диодами, а участок щели включающий pin-диоды заполнен введенным диэлектриком, причем

I/à= 0,096+ 0,0074 . р, c/а= 0.039+ 0,01 р, где Ьо/Ь=0,5; b/a=0,435; d/а= t/а==

=0,0435; s/а= = 0,087: А э= 0,03; t-.— 5:

ilo/a= 1.28) где а и Ь вЂ” ширина и высота волновода;

b0 — ширина щели; с — расстояние от края диафрагмы;

d — толщина диафрагмы;

t и Ь вЂ” ширина выступов и величина зазора между ними;

s — расстояние от диодов до выступов;

i — расстояние от выступов до узкой стенки волновода; я — относительная диэлектрическая проницаемость заполнения;

1.— центральная длина волны рабочего диапазона.

1775762

Составитель В.Зубков

Техред М.Моргентал Корректор И. Муска

Редактор

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

Заказ 4036 Тираж Подписное

ЯНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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