Диодный аттенюатор свч

 

Использование: в средствах связи, в частности, в СВЧ=трактах для регулирования величины ослабления. Сущность: в диодном аттенюаторе СВЧ, содержащем коаксиальную линию, возбуждающую радиальный волновод, образованный двумя параллельными металлическими пластинами и проводящим ободом, и pin-диоды, закрепленные в держателях, диоды с держателями установлены между металлическими пластинами перпендикулярно им, и по всему периметру радиального волновода установлена поглощающая пластина. 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится радиотехнике, технике средств связи и может быть использовано в СВЧ-трактах для регулировки величины ослабления.

Целью изобретения является получения равных ступеней регулирования ослабления с высокой точностью их установки в широком диапазоне частот.

На фиг.1 приведен пример конструктивного выполнения аттенюатора; на фиг. 2 зависимость ослабления в полосе частот для выбранных ступеней при различных комбинациях прямо- и обратносмещенных диодов; на фиг.3 зависимость ослабления в полосе частот при последовательном включении диодов из режима прямого смещения (+) в режим обратного смещения (-).

В табл. 1 приведены комбинации включений диодов (прямое смещение (+) и обратное смещение (-)) для различных режимов регулировки ослабления.

Диодный аттенюатор СВЧ содержит: первую и вторую параллельные металлические пластины 1 и 2, замкнутые по внешнему периметру через проводящий обод 3, входной коаксиал, центральный проводник 4 которого является возбудителем радиального водновода, образованного пластинами 1 и 2. Внешний проводник 5 входного коаксиала соединен с пластиной 1, а центральный проводник 5 проходит через промежуток между пластинами 1 и 2, расходится в виде конуса и соединен с пластиной 2, образуя переход с согласованием импедансов. Между первой и второй пластинами 1, 2 равномерно, на одинаковом расстоянии от входного коаксиала, расположены держатели 6 с p-i-n диодами 7. Между держателями 6 с p-i-n диодами 7 и ободом 3 установлена поглощающая пластина 8.

СВЧ-мощность поступает во входной коаксиал, внешний проводник 4, центральный проводник 5 которого связан с объемом в средней части между пластинами 1, 2 и возбуждает в нем волну Е-типа. Е-волна распространяется между двумя пластинами 1, 2, замкнутыми по внешнему периметру через проводящий обод 3. Расположенные равномерно, на одинаковом расстоянии от входного коаксиала держателя 6 p-i-n диодов 7 обеспечивают равные коэффициенты отражения падающей волны, а поглощающая пластина 8 обеспечивает затухание прошедшей через p-i-n диоды 7 СВЧ-мощности.

Принцип работы аттенюатора основан на изменении модуля коэффициента отражения (Г) волны в линии нагруженной на реактивное сопротивление jZ_i. Величина ослабления определяется по известной формуле δ 10 lg (1) В рассматриваемом устройстве каждый держатель 6 с p-i-n диодом 7 представляет собой комплексное сопротивление jZ_i(+)(-), величина которого зависит от режима работы диода 7 (на диод подано положительное смещение (+), то есть через диод протекает ток прямого смещения, либо на диод подано отрицательное смещение (-)). В режиме, когда на p-i-n диоды 7 подано прямое смещение (+), диод представляет собой индуктивность и вместе с держателем 6 образует комплексное индуктивное сопротивление, которое шунтирует радиальный волновод, при этом падающая СВЧ-мощность отражается (например, через циркулятор) на внешнюю нагрузку. При обратном смещении (-) диод представляет собой емкость, комплексное сопротивление диода 7 вместе с держателем 6 выбрано таким образом, чтобы отражалось только часть мощности, а прошедшая через диоды 7 затухала в поглощающей пластине 8, установленной между держателями 6 с p-i-n диодами 7 и ободом 3, являющимся коротко-замкнутой стенкой радиального волновода. Обеспечение требуемого шага ослабления осуществляется путем соответствующей комбинации прямо- и обратносмещенных анодов 7.

В общем случае коэффициент отражения (Г) является функцией коэффициента отражения отдельных неоднородностей, входящих в устройство, а для случая параллельной неоднородности имеет вид Г (2) где jZ_i полное сопротивление i-ой неоднородности.

Для режима, когда на диод 7 подано прямое смещение, суммарное сопротивление диодов радиальную линию выбирается из условия Z⁽_i⁺⁾< Z_л где Z_л волновое сопротивление радиального волновода.

В этом случае вносимое обновление аттенюатора определяется величиной отраженной мощности (1). Из-за разброса параметров p-i-n диодов 7 и наличия активных потерь модуль коэффициента отражения (Г(+)) в этом случае изменяется в полосе частот от 0,97 до 0,94, что соответствует ослаблению 0,26-0,53 дБ. При обратносмещенных диодах 7 модуль коэффициента отражения должен стремиться к нулю, суммарное сопротивление диодов 7 должно быть Z⁽_i^-)> Z_л и вся мощность проходит через диоды 7 и затухает в поглощающей пластине 8.

В аттенюаторе размер пластины 8 и суммарное сопротивление обратносмещенных диодов 7 выбраны экспериментально таким образом, чтобы модуль коэффициента отражения был равен (Г^(-)) 0,6, что соответствует величине затухания δ≈4,5 дБ на средней частоте рабочего диапазона. Учитывая, что величина реактивного сопротивления для всех диодов 7 равная, можно последовательно, меняя количество прямо- и обратносмещенных диодов 7, изменять модуль коэффициента отражения с (Г⁽⁺⁾) ≈0,97 до (Г^(-)≈0,6 таким образом, чтобы получить ослабление от 0,26 до 4,5 дБ на центральной частоте рабочего диапазона. Для получения ступеней ослабления с шагом в 0,5 дБ необходимо осуществить комбинацию различных вариантов включения р i h диодов: прямое смещение (+) и обратное смещение (-) (табл. 1). Номера состояний для различных комбинаций включения р i n диодов, указанные в таблице, и их соответствие требуемому ослаблению показаны на фиг.2.

Для 16-и диодного ступенчатого отражательного аттенюатора с использованием p i n диодов типа 2А505А и поглощающей пластины из поглотителя высокочастотного состава 22 ОСТ 4 ГО 054 102 были достигнуты пределы регулировки ослабления от 0,26 до 4,4 дБ на центральной частоте и от 0,5 до 4,8 дБ в 30% полосе частот. При ступени регулирования 0,5 дБ точность установки ослабления не превышала ±0,26 дБ в 30% полосе частот. Для того, чтобы установить величину затухания в 0,5, 1,0, 1,5 дБ и так далее (фиг.2), необходимо для каждой рабочей точки полосы частот выбрать близкую по значению величину затухания для соответствующего режима работы диодов 1 16 (фиг.3), при этом комбинация включения состояний диодов для данного режима устанавливается из табл. 1.

Например, для величины ослабления 1,0 дБ в полосе частот режимы работы и комбинация через 100 МГц в 30%-ной полосе частот показана в табл.2.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство позволяет повысить точность регулирования ослабления до ±0,25 дБ в 30%-ной полосе частот, вместо ±1,5 дБ в 15%-ной полосе частот. При этом регулировка ослабления может осуществляться ступенями от 0,5 до 4,5 дБ, в прототипе шаг ступени составляет 3 дБ.

Формула изобретения

ДИОДНЫЙ АТТЕНЮАТОР СВЧ, содержащий входную подводящую коаксиальную линию, центральный проводник которой является возбудителем радиального волновода, образованного двумя параллельными металлическими пластинами, din-диоды, закрепленные в держателях равномерно на одинаковом расстоянии от входной подводящей линии, и проводящий обод, установленный по всему периметру радиального волновода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности установки ступеней ослабления в широкой полосе частот, pin-диоды вместе с держателями расположены между проводящими пластинами перпендикулярно к ним, причем между pin-диодами и проводящим ободом по всему периметру радиального волновода установлена введенная поглощающая пластина.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5