Ограничитель мощности

 

Изобретение относится к области СВЧ и предназначено для снижения высокого уровня мощности поступающей на вход устройства до величины, не превышающей порогового значения, и прохождения малого уровня сигнала с небольшими потерями. Техническим результатом изобретения является увеличение развязки сигнала между входом и выходом ограничителя за счет улучшения контакта сосредоточенного резистора по корпусу устройства и уменьшение вносимых потерь в режим приема малого сигнала за счет уменьшения шунтирующего действия дополнительной цепи, включенной параллельно основной линии передачи. В ограничителе мощности на p-i-n диодах первый электрод третьего ограничительного вида соединен с общей шиной, а его второй электрод подключен к первому выводу дросселя, второй вывод которого соединен со вторым концом отрезка линии передачи. 2 ил.

Изобретение относится к области СВЧ и предназначено для снижения высокого уровня мощности, поступающей на вход устройства до величины, не превышающей порогового значения, и прохождения малого уровня сигнала с небольшими потерями.

Устройство может быть применено в качестве "пассивного" защитного устройства на входе приемника и в антенных коммутаторах.

Известны различные схемы ограничителей. Так, например, "Интегральный ограничитель" с двумя p-i-n диодами VД1, VД2 и одним "подпитывающим" диодом VД3 показан на рис.4 c.10 [1].

Недостатком таких устройств является повышенный пик просачивающейся мощности, наблюдаемой на фронте импульса выходного СВЧ сигнала, а также большие габариты устройства.

Известна также схема кольцевого ограничителя рис.2 (в) с.62 [2], содержащего диоды Д1...Д3, дроссели по постоянному току и резистор R_н=50 Ом, благодаря которому выполняется условие согласования не только в режиме слабого сигнала, но и в режиме подавления сигнала повышенной мощности.

Недостатком этой схемы является большое количество электроэлементов, что приводит к снижению надежности работы.

Из известных схем ограничителей на p-i-n диодах наиболее близкой по технической сущности и достигаемой цели является схема пассивного ограничителя мощности [3], содержащего отрезок линии передачи длиной λ/2 свернутого в петлю, причем концы этой линии служат входом и выходом устройства, и двух p-i-n диодов, включенных на расстоянии λ/4 друг от друга по каскадной схеме. Для подсоединения к входу устройства резистора R дополнительно включен третий p-i-n диод, который создает гальваническую цепь: третьего ограничительного диода и дросселя на общую шину, т.е. выпрямленный первым и вторым ограничительными диодами ток замыкается на общую шину. Поскольку первый ограничительный диод подключен к отрезу линии на четвертьволновом расстоянии, то вход линии передачи оказывается нагруженным на сосредоточенный резистор и мощность рассеивается в основном на резисторе.

Недостатком этой схемы ограничителя является небольшая величина развязки сигнала на высоком уровне мощности (при полностью открытых диодах Д4...Д6; L_3max≤15 дБ). Это объясняется тем, что нагрузка R имеет контакт с корпусом устройства через сопротивления открытых диодов Д5, Д6, что недостаточно, чтобы иметь большую величину развязки сигнала.

В режиме приема вносимые потери имеют величину L_п =1,0 дБ, что также является недостатком схемы, так как общеизвестно, что кроме снижения уровня полезного сигнала, эти потери приводят к повышению тепловых шумов на входе приемного устройства.

Увеличенное значение вносимых потерь в режиме малого сигнала (режим приема) объясняется недостаточной развязкой прямого и дополнительного каналов и разность фаз СВЧ сигнала по этим каналам близка к 180°, что будет снижать уровень сигнала по основному каналу линии передачи.

Целью настоящего изобретения является увеличение развязки сигнала между входом и выходом ограничителя за счет улучшения контакта сосредоточенного резистора по корпусу устройства и уменьшение вносимых потерь в режиме приема малого сигнала за счет уменьшения шунтирующего действия дополнительной цепи, включенной параллельно основной линии передачи.

Поставленная цель достигается тем, что в ограничителе, взятым за прототип, и содержащий отрезок линии передачи, который свернут в петлю, и первый конец которого является входом ограничителя мощности, сосредоточенный резистор, первый вывод которого подключен к первому концу отрезка линии передачи, а второй вывод - к первому выводу ВЧ дросселя, первый и второй ограничительные диоды, которые подключены первыми электродами к отрезку линии передачи на расстояниях четверти и половины длины волны от его первого конца соответственно, а вторыми электродами подключены к общей шине и третий дополнительный диод, согласно изобретению, своим первым контактом третий диод включен на общую шину, а вторым электродом - к общей точке соединения сосредоточенного резистора и ВЧ дросселя, второй вывод которого подключен к общей точке соединения первого электрода второго ограничительного диода и второго конца отрезка линии передачи.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых связей между дросселем и третьим дополнительным диодом, которые приводят к проявлению новых свойств: улучшению, увеличению развязки сигнала и уменьшению вносимых потерь, что соответствует критерию "Новизна". Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что такое включение диода и дросселя по ВЧ сигналу высокого уровня мощности в известных технических решениях не было обнаружено, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

Изложенная сущность поясняется чертежами и описанием.

На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства.

На фиг.2 приведена принципиальная схема прототипа.

На фиг.1, фиг.2 и в тексте приняты обозначения:

1 - отрезок полосковой линии,

2 - сосредоточенный резистор,

3 - дроссель,

4, 5, 6 - ограничительные p-i-n диоды.

Предлагаемое устройство содержит отрезок полосковой линии 1, длиной λ/2, который свернут в петлю, сосредоточенный резистор 2, первый вывод которого подключен к первому концу полосковой линии, дроссель 3, который включен между резистором и выходом устройства; первый 4 и второй 5 ограничительные диоды, подключены параллельно отрезку полосковой линии на расстоянии λ/4 и λ/2 от первого конца линии передачи соответственно. Третий ограничительный диод 6 включен между общей шиной и общей точкой соединения резистора и дросселя.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При малом уровне мощности на входе устройства ограничительные диоды 4 и 5, подключенные к отрезку 1 параллельно, не оказывают влияния на СВЧ сигнал и мощность проходит по отрезку 1 с малыми потерями, так как сосредоточенный резистор 2 подключен к отрезку 1 лишь одним выводом, ограничительный диод 6 закрыт, а дроссель 3 создает дополнительную развязку сигнала между входом и выходом ограничителя.

На высоком уровне мощности ограничительные диоды 4 и 5 открываются и выпрямленный ток этими диодами через дроссель 3 и ограничительный диод 6 замыкается на общую шину, что приводит к уменьшению сопротивления контакта на корпусе по сравнению с прототипом. Так как диод 4 подключен к отрезку 1 на расстоянии λ/4, то отрезок 1 оказывается нагруженным на сосредоточенный резистор 2, сопротивление которого R=Z₀, т.е. мощность СВЧ сигнала рассеивается в основном на резисторе 2, так как его сопротивление существенно больше прямого сопротивления ограничительных диодов 4 и 5. Дополнительное ослабление мощности, которое возникает из-за последовательного включения дросселя в дополнительную цепь (не основную) усиливает развязку сигнала на выходе ограничителя (уменьшается просачивающийся сигнал по дополнительному каналу). С повышением частоты основного сигнала дополнительное ослабление мощности будет увеличиваться.

Макет ограничителя мощности... выполнен в микрополосковом исполнении на СВЧ материале ФЛАН-5, толщина t=2 мм, ε=5.

Диоды типа 2Н523Н-4 ТРО.336.018 ТУ. резистор Р1-3-50% 1% ОЖО.467.153 ТУ

ВЧ дроссель конструктивный.

Проведены лабораторные испытания, результаты которых приведены в протоколе.

Таким образом, включение дросселя последовательно с нагрузкой, а третьего диода параллельно дополнительной цепи позволяют увеличить развязку сигнала в основной линии до 30 дБ при высоком уровне мощности и уменьшить вносимые потери при малом уровне сигнала до 0,4 дБ.

Источники информации

1. "Полупроводниковые диоды в СВЧ управляющих устройствах" (обзор) Лебедев И.В., Шнитков А.С. "Радиоэлектроника" 1987 г. т.30 №10 с.5-11. Изв. высших учебных заведений.

2. "Генерация второй гармоники в ограничителях СВЧ мощности каскадного типа" Лазунин Ю.А., Орлов О.С. "Радиотехника" 1989 г. №1 с.61-62. Москва "Радио и связь".

3. Авт.св. СССР №1322390 БИ №25 М. Кл. Н 01 Р 1/22 1987 г. (прототип). Лазуниц Ю.А., Орлов О.С.

Формула изобретения

Ограничитель мощности, содержащий отрезок линии передачи, который свернут в петлю, первый конец которого является входом, а второй конец - выходом ограничителя мощности, соответственно, сосредоточенный резистор, первый вывод которого подключен к первому концу отрезка линии передачи, а второй его вывод - к первому выводу дросселя, первый и второй ограничительные диоды, которые подключены первыми электродами к отрезку линии передачи на расстояниях четверти и половины длины волны от его первого конца, соответственно, а вторыми электродами - подключены к общей шине, и третий ограничительный диод, отличающийся тем, что с целью увеличения развязки и уменьшения вносимых потерь, первый электрод третьего ограничительного вида соединен с общей шиной, а его второй электрод подключен к первому выводу дросселя, второй вывод которого соединен со вторым концом отрезка линии передачи.

РИСУНКИ