Детекторное устройство

 

Использование: в технике СВЧ в радиоэлектронных системах различного назначения. Сущность изобретения: устройство содержит детекторный или смесительный диод с барьером Шоттки, являющийся оконечной нагрузкой основной линии передачи, защищающийся pin-диод, включенный с противоположной детекторному диоду полярностью. Предложен выбор характеристического сопротивления и длины высокоомного отрезка, включенного между pin-диодом и детекторным диодом. 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоэлектронных системах различного назначения.

Аналогом данного детектора является устройство, имеющее на входе приемника ограничительный СВЧ-диод, который обеспечивает защиту чувствительного детектора от перегрузки мощным входным сигналом [1].

Прототипом является устройство, описанное в [2] и повышающее качество защиты детектора при отсутствии ограничительного диода. Основным недостатком прототипа, в состав которого входят детекторный или смесительный диод с барьером Шоттки и защищающий его pin-диод, является невысокая степень защищенности детекторного диода и как следствие невысокий уровень рабочей мощности.

Цель изобретения - повышение уровня рабочей мощности детектора.

На фиг.1 приведена эквивалентная схема детекторного устройства; на фиг. 2...4 - его расчетные характеристики.

Детектор состоит из детекторного или смесительного диода с барьером Шоттки (ДБШ) 1, являющегося оконечной нагрузкой отрезка линии передачи 2 с характеристическим сопротивлением Z_c, защищающего pin-диода 3, включенного с противоположной ДБШ полярностью, согласующего трансформатора 4, расположенного на входе детектора.

Между pin-диодом и ДБШ включен отрезок высокоомной линии передачи 5 с характеристическим сопротивлением z_c1 и длиной l.

Устройство работает следующим образом. Вход его согласован при помощи трансформатора 4. рin-Диод закрыт и, обладая малой емкостью, оказывает лишь незначительное влияние на проходящий в детекторный диод 1 СВЧ-сигнал. При попадании на вход устройства значительной посторонней мощности P_вх постоянный ток I_o, генерируемый детекторным диодом 1, создает прямое смещение, открывающее pin-диод 3. Отражение входного сигнала в сечении аб и поглощение pin-диодом части СВЧ-мощности обеспечивают защиту детекторного диода. Введение высокоомного отрезка линии передачи 5 обеспечивает дополнительную эффективную защиту детекторного диода 1. Длина отрезка линии передачи l выбирается так, чтобы при этом обеспечивался режим минимальной электрической нагрузки детекторного диода 1. Этой же цели служит выбор большого значения характеристического сопротивления данного отрезка линии.

Это видно на фиг. 2, где приведены зависимости величины максимально допустимой входной СВЧ-мощности P_max по отношению к мощности, максимально допустимой при нулевом расстоянии между диодами P_о, от величины характеристического сопротивления z_с1 линии передачи 5, нормированной относительно характеристического сопротивления входной линии передачи z_c, равной 50 Ом. (В расчете полагалось, что величина допустимой рассеиваемой в детекторном диоде мощности равна 45 мВт). Величины отношения импедансов x_jdet/z_c соответствуют при z_c = 50 Ом, f_o = 10 ГГц емкостям детекторных диодов C_jdet, равным 0,1 пФ, 0,05 пФ и 0,025 пФ (кривые 1-3 соответственно). Величина емкости pin-диода С_jpin полагалась во всех случаях одинаковой (x_jpin/z_c = 12,73). Видно, что с ростом величины z_c1 увеличивается отношение P_max/ P_o. Причем при небольшом отношении z_c1/z_c рост P_max/ P_o незначителен, он становится заметным при превышении величиной z_c1 значения z_c в 2 и более раза. Получение слишком большого отношения z_c1/z_c ограничивается технологическими трудностями.

На фиг.3 приведены кривые для определения оптимального расстояния между диодами (в долях рабочей длины волны) при различных значениях характеристического сопротивления линии передачи между ними в зависимости от импеданса емкости структуры детекторного диода (при постоянном импедансе емкости структуры pin-диода x_jpin/z_c = 12,73, что соответствует его емкости С_jpin, равной 0,025 пФ при f_o = 10 ГГц, z_c = 50 Ом). Изменение импеданса емкости структуры детекторного диода соответствует при указанных значениях частоты и характеристического сопротивления основной линии передачи величине этих емкостей от 0,065 до 0,15 пФ.

Таким образом, включение между диодами высокоомного отрезка линии передачи существенно повышает рабочую мощность устройства. Например, при использовании на частоте, равной 10 ГГц, детекторного диода емкостью 0,1 пФ и pin-диода емкостью 0,025 пФ, размещение между ними отрезка линии передачи длиной 0,31 λ_во с характеристическим сопротивлением, равным 150 Ом, увеличивает входную допустимую мощность примерно на 8 дБ (по сравнению с прототипом). На фиг.4 в качестве наглядной иллюстрации существования оптимальной длины отрезка линии передачи представлена для этого случая зависимость отношения P_max/ P_o от длины этого отрезка, выраженной в долях длины волны. Видно, что при l/ λ_во = 0,31 наблюдается максимальное значение допустимой мощности детектора.

Формула изобретения

ДЕТЕКТОРНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее согласующий трансформатор, детекторный диод, включенный в линию передачи, и параллельно подключенный к линии передачи pin-диод, отличающееся тем, что, с целью повышения уровня максимальной входной мощности, характеристическое сопротивление отрезка линии передачи между детекторным и pin-диодом выбрано большим в 2 и более раз, чем характеристические сопротивления линии передачи, а длина этого отрезка лежит в пределах между четвертью и половиной длины рабочей волны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4