Мощный аттенюатор



Мощный аттенюатор
Мощный аттенюатор

 


Владельцы патента RU 2519506:

Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") (RU)

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве эквивалента нагрузки для тестирования мощных радиопередающих устройств. Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей и повышение надежности. Мощный аттенюатор содержит N включенных последовательно друг за другом согласованных звеньев на одинаковых подложках, установленных с одинаковым шагом на теплопроводящем основании, каждое последующее звено при одинаковых потерях мощности в них имеет большее затухание, чем предыдущее, а коэффициент передачи по мощности звеньев (КР<1) есть функция как минимум двух параметров, например, КРМ=f(N, M,…), где N - количество звеньев; М - порядковый номер звена (М=1, 2, 3,…,N), при этом введена клемма, соединенная с выходом соответствующего звена, которой поставлены в соответствие параметры: количество звеньев до указанной клеммы и коэффициент передачи по мощности от входной до указанной клеммы. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве эквивалента нагрузки для тестирования мощных радиопередающих устройств.

Известен мощный аттенюатор [1], используемый как нагрузка, содержащий три согласованных, включенных последовательно друг за другом Т-образных звена, выполненных методом тонкопленочной технологии из резистивных поглотителей на подложках с равными геометрическими размерами, изготовленных из одного материала, установленных на теплопроводящем основании с одинаковым шагом. Наряду с такими преимуществами, как высокая технологичность изготовления и возможность унификации, аттенюатор имеет и существенный недостаток: отсутствуют калиброванные выходы (с заданным коэффициентом передачи), поскольку коэффициенты передачи звеньев подбирались исходя из минимально возможного различия по выделяемой в них мощности, а не по необходимости. Это ограничивает функциональные возможности аттенюатора-нагрузки, одновременно снижая его надежность из-за отсутствия возможности вовремя отключить источник сигнала (передатчик) или переключить его на резервную нагрузку при возникновении аварийной ситуации. При этом резистивные поглотители в аттенюаторе лишь кратковременно будут подвергнуты перегрузке и не выйдут из строя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является мощный аттенюатор [2], содержащий N включенных последовательно друг за другом согласованных звеньев на одинаковых подложках, установленных с одинаковым шагом на теплопроводящем основании, каждое последующее звено которого имеет большее затухание, чем предыдущее, причем коэффициент передачи по мощности каждого звена задается выражением:

КРМ=(N-M)/(N-M+1),

где М - порядковый номер звена;

N - количество звеньев.

Несмотря на такие положительные качества, как повышенная надежность за счет одинакового тепловыделения в подложках, высокая стабильность его электрических параметров, данный аттенюатор имеет тот же недостаток: отсутствуют калиброванные выходы, поскольку коэффициенты передачи звеньев рассчитываются, а не выбираются (выбор коэффициента передачи хотя бы одного звена приведет к несовпадению по выделяемой в нем мощности с остальными звеньями). Это опять же ограничивает функциональные возможности аттенюатора, одновременно снижая его надежность.

Целью настоящего изобретения является создание мощного аттенюатора-нагрузки, имеющего по крайней мере один калиброванный выход, что приведет к расширению его функциональных возможностей и повышению надежности. Поставленная цель достигается тем, что в мощный аттенюатор, содержащий N включенных последовательно друг за другом согласованных звеньев на одинаковых подложках, установленных с одинаковым шагом на теплопроводящем основании, в котором каждое последующее звено при одинаковых потерях мощности в них имеет большее затухание, чем предыдущее, а коэффициент передачи по мощности звеньев (КР<1) есть функция, как минимум, двух параметров, например:

КРМ=f(N, M,…),

где N - количество звеньев;

М - порядковый номер звена (М=1, 2, 3,…,N),

введена клемма, соединенная с выходом соответствующего звена, которой поставлены в соответствие параметры N(К) и КР(К), где N(К) - количество звеньев до указанной клеммы; КР(К) - коэффициент передачи по мощности от входной до указанной клеммы, а коэффициент передачи по мощности звеньев описывается функцией

K Р М = f ( N ( К ) , M , K Р ( К ) ) ,

причем отношение N ( К ) 1 K Р ( К ) есть целое число.

Кроме того, коэффициент передачи по мощности может быть задан функциями одного параметра аттенюатора: K Р М = f ( K Р ( М 1 ) ) или K Р ( М 1 ) = f ( K Р М ) .

На фигуре 1 представлена структурная схема заявленного устройства,

где 1 - звенья аттенюатора;

RН - согласованная нагрузка;

KР1, КР2, КР3,…, KPN - коэффициенты передачи по мощности звеньев;

Р1, P2, Р3,…, РN - мощность на выходах звеньев;

РВХ - подводимая мощность.

Учитывая, что по условиям равенства тепловыделения потери мощности во всех звеньях должны быть одинаковы, т.е. ΔP=P/N=PПОТ./N(К)ПОТ. - мощность потерь в аттенюаторе от входной до указанной клеммы), определяем коэффициенты передачи:

K Р 1 = P 1 / P В Х = P В Х Δ P P В Х = N ( К ) 1 ( 1 K Р ( К ) ) N ( К ) 0 ( 1 K Р ( К ) )

K Р 2 = P 2 / P 1 = P В Х 2 Δ P P В Х Δ P = N ( К ) 2 ( 1 K Р ( К ) ) N ( К ) 1 ( 1 K Р ( К ) )

K Р 3 = P 3 / P 2 = P В Х 3 Δ P P В Х 2 Δ P = N ( К ) 3 ( 1 K Р ( К ) ) N ( К ) 2 ( 1 K Р ( К ) )

K P N ( K ) = P N ( K ) / P N ( K ) 1 = P В Х N ( К ) Δ P P В Х ( N ( К ) 1 ) Δ P = N ( К ) N ( К ) ( 1 K Р ( К ) ) N ( К ) ( N ( К ) 1 ) ( 1 K Р ( К ) )

К P N = Р N / Р N 1 = P В Х N Δ P P В Х ( N 1 ) Δ P = N ( К ) N ( 1 K Р ( К ) ) N ( К ) ( N 1 ) ( 1 K Р ( К ) )

Тогда в общем виде формула будет представлена как

K Р М = N ( К ) M ( 1 K Р ( К ) ) N ( К ) ( M 1 ) ( 1 K Р ( К ) )

Из формулы для определения потерь в звеньях аттенюатора вытекает, что

N = N ( К ) P В Х P П О Т . = N ( К ) P В Х P В Х ( 1 K Р ( К ) ) = N ( К ) 1 K Р ( К )

Очевидно, что полученное выражение всегда должно быть целым числом (это достигается выбором N(К) при заданном KР(К)), в противном случае возникает неопределенность при расчете коэффициентов передачи звеньев.

Полученная формула есть функция трех параметров аттенюатора:

1. Задаваемый параметр KР(К);

2. Выбираемый параметр N(К);

3. Переменный параметр М.

Выразим коэффициент передачи по мощности данного звена через коэффициент передачи по мощности предыдущего звена КРМ=f(KР(М-1)) путем подстановки в формулу ΔР, определенную как функция коэффициента передачи по мощности предыдущего звена:

К Р 2 = 2 К Р 1 1 К Р 1

К Р 3 = 2 К Р 2 1 К Р 2

К Р 4 = 2 К Р 3 1 К Р 3

К P N ( K ) = 2 К Р ( N ( K ) 1 ) 1 К Р ( N ( K ) 1 )

К P N = 2 К Р ( N 1 ) 1 К Р ( N 1 )

Тогда в общем виде формула будет представлена как

К Р М = 2 К Р ( М 1 ) 1 К Р ( М 1 )

(М=2, 3, 4,…,N),

где КРМ - коэффициент передачи по мощности данного звена;

КР(М-1) - коэффициент передачи по мощности предыдущего звена.

Выведенная формула является функцией одного параметра аттенюатора и может быть также использована для расчета, но при М≥2, причем коэффициент передачи первого звена должен быть определен согласно п.2 формулы (только в этом случае результаты вычислений по обеим формулам совпадут и будет реализован положительный эффект). Если коэффициент передачи задан как отношение входной мощности к выходной, т.е. К Р / > 1 , то К Р М = 1 / К Р М / , где

К Р М / = 1 2 К Р ( М 1 ) /

легко получается из последней формулы. Из нее же можно получить выражение вида КР(М-1)=f(КРМ), т.е.

К Р ( М 1 ) = 1 2 К Р М

или

К Р ( М 1 ) = 1 К Р ( М 1 ) / ( К Р / > 1 )

где

К Р ( М 1 ) / = 2 К Р М / 1 К Р М /

а M=N,…,4, 3, 2.

Функция К Р ( М 1 ) = f ( К Р М ) также является функцией одного параметра аттенюатора и может быть использована для расчета коэффициента передачи по мощности звеньев начиная с предпоследнего звена в направлении ко входу, причем коэффициент передачи последнего звена равен нулю согласно п.2 формулы (только в этом случае результаты вычислений по обеим формулам совпадут и будет реализован положительный эффект). Функции одного параметра удобны тем, что позволяют быстро определять коэффициенты передачи по мощности звеньев как в направлении ко входу, так и к выходу от звена с известным коэффициентом передачи, рассчитанным по формуле п.2. При этом во всех звеньях будет рассеиваться одинаковая мощность, а дополнительное наличие клеммы приведет к расширению функциональных возможностей аттенюатора, одновременно повышая его надежность.

В качестве примера практического исполнения представим аттенюатор с заданной мощностью рассеивания и КР(К)=0,5. В данном случае количество звеньев будет целым числом при любом N(К), в частности, при N(К)=4 количество звеньев будет N=8. Тогда коэффициенты передачи звеньев, рассчитанные либо по формуле п.2, либо по формулам функции одного параметра, будут следующие:

КР1=7/8, КР2=6/7, КР3=5/6, КР4=4/5, КР5=3/4, КР6=2/3, КР7=1/2, KР8=0

или в дБ:

КР1=-0,58 дБ, КР2=-0,67 дБ, КР3=-0,79 дБ, КР4=-0,97 дБ, KР5=-1,25 дБ,

КР6=-1,76 дБ, КР7=-3,01 дБ, KР8 - принимаем минус 30 дБ.

Именно такие коэффициенты передачи звеньев должен иметь представленный аттенюатор, чтобы при наличии одинакового тепловыделения в подложках он имел после четвертого звена калиброванный выход - клемму с заданным значением КР(К).

Применение данного изобретения позволит при сохранении всех положительных качеств аналогичных устройств, таких как высокие надежность и технологичность изготовления, возможность унификации, высокая стабильность электрических параметров, расширить функциональные возможности аттенюатора с одновременным повышением его надежности.

Источники информации

1. Корж И.А., Зима В.Н., Евдокимов М.А. Мощные пленочные резисторы на подложках из AlN и Аl2О3 для ВЧ аттенюаторов большой мощности.

Труды международной научно-технической конференции «РЭиС-2011».

2. Евдокимов М.А. Электрический расчет мощного аттенюатора-нагрузки по тепловому критерию // Техника радиосвязи / ОАО «ОНИИП». - 2012. - Вып.17. - С.101-104.

1. Мощный аттенюатор, содержащий N включенных последовательно друг за другом согласованных звеньев на одинаковых подложках, установленных с одинаковым шагом на теплопроводящем основании, в котором каждое последующее звено при одинаковых потерях мощности в них имеет большее затухание, чем предыдущее, а коэффициент передачи по мощности звеньев (КР<1) есть функция как минимум двух параметров, например:
КРМ=f(N, M, …),
где N - количество звеньев;
М - порядковый номер звена (М=1, 2, 3, …, N),
отличающийся тем, что в него введена клемма, соединенная с выходом соответствующего звена, которой поставлены в соответствие параметры N(К) и КР(К), где N(К) - количество звеньев до указанной клеммы; КР(К) - коэффициент передачи по мощности от входной до указанной клеммы, а коэффициент передачи по мощности звеньев описывается функцией
,
причем отношение есть целое число.

2. Аттенюатор по п.1, отличающийся тем, что указанная функция имеет вид

3. Аттенюатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что начиная со второго звена коэффициент передачи по мощности звеньев может быть задан функцией одного параметра, причем указанная функция имеет вид

или
,
где

а М=2, 3, 4, …, N;
КР(М-1), - коэффициент передачи по мощности предыдущего звена.

4. Аттенюатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что начиная с предпоследнего звена в направлении ко входу коэффициент передачи по мощности звеньев может быть задан функцией одного параметра, причем указанная функция имеет вид:

или

Где

a M=N, …, 4, 3, 2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиоприемных устройствах различного назначения, в частности в качестве электронных аттенюаторов в межкаскадных цепях для регулирования коэффициента усиления по напряжению в усилителях промежуточной частоты.

Изобретение относится к электроизмерительной технике. .

Изобретение относится к области измерительной техники. Технический результат: расширение диапазона рабочих частот устройства и повышение его быстродействия при работе с импульсными противофазными сигналами большой амплитуды. Для этого предложен широкополосный дифференциальный аттенюатор, который содержит первый вход и первый выход устройства, между которыми включен первый резистор, второй резистор, включенный по переменному току между первым выходом устройства и общей шиной, первый конденсатор нагрузки, включенный параллельно втором резистору, первый корректирующий конденсатор, второй противофазный вход и второй противофазный выход, между которыми включен третий резистор, четвертый резистор, включенный по переменному току между вторым противофазным выходом и общей шиной, второй конденсатор нагрузки, включенный параллельно четвертому резистору, второй корректирующий конденсатор. Первый выход устройства соединен со вторым противофазным выходом устройства через последовательно соединенные первый корректирующий конденсатор и первый дополнительный инвертирующий усилитель тока, а второй противофазный выход устройства соединен с первым выходом устройства через последовательно соединенные второй корректирующий конденсатор и второй дополнительный инвертирующий усилитель тока. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, электротехники, радиотехники, связи и может использоваться в структуре различных интерфейсов, измерительных приборах, быстродействующих аналого-цифровых (АЦП) и цифроаналоговых (ПАП) преобразователях. Технический результат - существенное расширение диапазона рабочих частот устройства и повышение его быстродействия при работе с импульсными сигналами большой амплитуды. Причем достижение данных качественных показателей обеспечивается в широком диапазоне изменения коэффициентов передачи AT (K0), который определяется отношением K0=R6/(R6+R3). Это является одной из замечательных особенностей предлагаемого устройства, которая расширяет области его применения, например, в широкополосных цифроуправляемых аттенюаторах, R-2R делителей напряжения быстродействующих аналого-цифровых преобразователей и т.п. Широкополосный аттенюатор с управляемым коэффициентом передачи содержит вход (1) и выход (2) устройства, между которыми включен первый (3) резистор, источник входного напряжения (4), включенный по переменному току между общей шиной (5) и входом устройства (1), второй резистор (6), включенный по переменному току между выходом устройства (2) и общей шиной (5), конденсатор цепи нагрузки (7), включенный по переменному току между выходом устройства (2) и общей шиной (5), корректирующий конденсатор (8). Выход устройства (2) связан по переменному току со входом неинвертирующего усилителя напряжения (9), между выходом неинвертирующего усилителя напряжения (9) и выходом (2) устройства включен корректирующий конденсатор (8). 1 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх