СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ОГРАНИЧИТЕЛЬ МОЩНОСТИ Российский патент 1994 года по МПК H01P1/22 

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано в качестве защитного устройства на входе приемника радиолокационной станции.

Известен полупроводниковый волноводный ограничитель, в котором параллельная широким стенкам волновода пластина образует два идентичных канала, в поперечном сечении которых расположены два полупроводниковых диода.

Недостатком данного ограничителя является малая полоса рабочих частот. Кроме того, использование в ограничителе только двух диодов ограничивает уровень рабочей мощности.

Цель изобретения - расширение рабочей полосы частот сверхвысокочастотного ограничителя мощности как в режиме пропускания, так и в режиме запирания.

На фиг. 1 показан предлагаемый ограничитель, поперечное сечение; на фиг. 2 - то же, продольный разрез.

На фиг. 1 изображен прямоугольный волновод 1, металлическая перегородка 2, индуктивные штыри 3, металлические трубки 4, винты 5 настройки, полупроводниковые диоды 6, установленные на металлических стержнях 7, и стержни 8, присоединенные к другому концу диодов 6.

На фиг. 2 изображен волновод 9, имеющий размер b_o узкой стенки, разделенный перегородкой 2 полуволновой длины на два идентичных волноводных канала 10 с размером узкой стенки b₁. Индуктивные штыри 3 расположены в центре перегородки 2 и соединяют ее с широкими стенками волноводных каналов 10.

Диоды 6 закреплены одним своим электродом на проводящих стержнях 7, пропущенных в отверстия перегородки 2 с возможностью перемещения сквозь них в осевом направлении и упирающихся своими закругленными концами в конусообразные концы винтов 5, введенных в резьбовые части сквозного отверстия 11, выполненного в центре перегородки 2 со стороны узких стенок отрезка волновода 1. С другого своего конца диоды 6 соединены с проводящими стержнями 8, являющимися внутренними проводниками коаксиальных разомкнутых емкостных шлейфов 12, расположенных в трубках 4.

Работа ограничителя основана на использовании свойств параллельного и последовательного резонансных контуров, образуемых элементами конструкции ограничителя и полупроводниковыми диодами, которые могут изменять свои параметры при пропускании через них тока.

В режиме пропускания резонансный контур содержит две ветви - индуктивную, образованную индуктивностью L₁ штыря 3, и емкостную, образованную последовательным соединением переменной емкости С_ш емкостного коаксиального шлейфа 12, емкости С_д диода 6, индуктивности L_д диода 6 и переменной индуктивности L₂ проводящего стержня 7. В режиме запирания емкостное сопротивление диода С_д становится равным нулю и работает ветвь резонансного контура, которая обладает свойствами последовательного резонанса.

Режим запирания устройства возникает при замыкании цепей полупроводниковых диодов по постоянному току (в случае ограничителя) или подаче питания (в случае выключателя) через высокоомные СВЧ-фильтры, расположенные в трубках 4. В этих же трубках расположены пружины 13, которые прижимают высокоомные фильтры 14 к стержням 8, обеспечивая тем самым возвратное перемещение проводящих стержней 7 по направлению к перегородке 2.

В ограничителе имеются четыре резонансных контура (по числу диодов), но с учетом того обстоятельства, что имеется последовательное соединение двух пар контуров, соединенных в каждой паре параллельно, эквивалентный импеданс четырех соединенных таким образом контуров равен импедансу одного контура.

Настройка предлагаемого ограничителя в режиме пропускания осуществляется путем перемещения диодов со стержнями от разделительной пластины к широким стенкам волновода. При таком перемещении одновременно растет и L₂ и С_ш, что приводит к понижению резонансной частоты. Настройка осуществляется попарно до тех пор, пока частотная характеристика КСВН не принимает симметричный вид. Затем проводится проверка частотной характеристики в режиме запирания. Если ее нужно сместить, например, в область высоких частот, то следует уменьшить величину С_ш, т. е. укоротить внутренний проводник 8 коаксиального шлейфа 12, а затем проверить настройку в режиме пропускания. Настройка обеих пар контуров должна быть идентичной. Показателем правильной настройки является устранение выброса в средней части частотной характеристики.

Увеличение рабочей полосы частот предлагаемого ограничителя в режиме пропускания по сравнению с прототипом обусловлено тем, что в прототипе реактивная проводимость вблизи от резонанса определяется только значениям индуктивностей и емкостей, создаваемых резонансной решеткой, а в предлагаемом ограничителе имеется еще один источник появления реактивной проводимости в плоскости включения резонансного контура. Таким источником реактивной проводимости являются две четвертьволновые линии с волновой проводимостью Y₁, отходящие в обе стороны от плоскости расположения резонансного контура, каждая из которых соединена с линией, имеющей волновую проводимость Y₀. Скачок проводимости на частотах, отличающихся от резонансной, приводит к появлению реактивной составляющей в плоскости включения резонансного контура, причем эта составляющая отличается по знаку от реактивной составляющей резонансного контура, что обеспечивает расширение рабочей плоскости предлагаемого ограничителя из-за взаимной компенсации этих реактивных составляющих. Расширение рабочей полосы ограничителя в режимах пропускания и запирания оказалось возможным благодаря тому, что при выводе соотношения, определяющего оптимальную высоту волноводных идентичных каналов, учтены требования полной компенсации реактивных проводимостей вблизи от резонансной частоты, совпадения резонансных частот контура в режимах пропускания и запирания и требование получения максимальной ширины полосы рабочих частот как в режиме пропускания, так и в режиме запирания. (56) Авторское свидетельство СССР N 647778, кл. Н 01 Р 1/22, 1976.

Использование: в качестве защитного устройства на входе приемника радиолокационной станции. Сущность изобретения: ограничитель содержит отрезок прямоугольного волновода, внутри которого установлена металлическая перегородка, параллельная широким стенкам, которая разделяет его на два идентичных волноводных канала. В плоскости поперечного сечения симметрично относительно осей симметрии с возможностью перемещения по направлению к соответствующей широкой стенке установлены четыре полупроводниковых диода. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ОГРАНИЧИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, содержащий отрезок прямоугольного волновода, в котором параллельно широким стенкам установлена металлическая перегородка, разделяющая его на два идентичных волноводных канала длиной, равной половине длины волны на средней рабочей частоте, и между широкими стенками каждого из волноводных каналов включен полупроводниковый диод, отличающийся тем, что введены два соосных индуктивных штыря, установленных между центрами металлической перегородки и соответствующей широкой стенки отрезка прямоугольного волновода, и два дополнительных полупроводниковых диода, причем все полупроводниковые диоды размещены в плоскости поперечного сечения отрезка прямоугольного волновода симметрично относительно осей симметрии с возможностью перемещения по направлению к соответствующей широкой стенке, а каждый полупроводниковый диод своим первым электродом соединен с проводящим стержнем, контактирующим с металлической перегородкой, а вторым электродом соединен с внутренним проводником коаксиального шлейфа, при этом размер узкой стенки b₁ каждого из волноводных каналов выбран из соотношения
b₁ = b₀ / K,
где b₀ - размер узкой стенки отрезка прямоугольного волновода;
K - действительный положительный корень уравнения
X³-4X- (1+ω2o

L_дC_д)= 0
где ω₀ - круговая резонансная частота в режимах пропускания и запирания;
γ₀ - характеристическая проводимость волноводного канала;
L_д - индуктивность полупроводникового диода;
C_д - емкость полупроводникового диода. 2. Ограничитель мощности по п. 1, отличающийся тем, что механизм перемещения проводящих стержней с полупроводниковыми диодами выполнен в виде двух винтов с конусообразными концами, установленных один напротив другого в сквозном осевом отверстии, которое выполнено в металлической перегородке перпендикулярно к узким стенкам, конусообразный конец каждого винта расположен между концами соответствующей пары проводящих стержней, пропущенных в выполненные в металлической перегородке дополнительные отверстия.