ДЕЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ Российский патент 1997 года по МПК H03H7/46 

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано в приемных и передающих антенных решетках СВЧ-диапазона.

Известен делитель мощности (Каганов И.Н. Транзисторные радиопередатчики, М. Энергия, 1970, с. 247, рис. 6-2а), в котором используется последовательное соединение транзисторного усилителя и делителя мощности на два. Данное устройство сложно по конструкции и не позволяет управлять коэффициентом деления по мощности.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является делитель (James L. "Monolithic Dual Gate GaAs FET Digital Phase Shifter". IEEE Trans. on Electron devices. Vol.ED 29 NO.7. Jul 4 1982, p. 1079, Fig. 3), состоящий из двух двухзатворных полевых транзисторов, первые затворы которых присоединены ко входу, истоки к корпусу, а стоки к выходам; вторые затворы присоединены к цепям управления. Это устройство имеет большие набеги фаз сигналов в регулируемых каналах.

Цель изобретения -уменьшение набега фазы сигнала в регулируемых каналах.

Поставленная цель достигается тем, что к каждому второму затвору подключены резистор R, замкнутый на корпус и отрезок линии, разомкнутый на конце, длиной l, причем
,
где λ длина волны сигнала;
Z_o волновое сопротивление отрезка линии;
Z_вх32и входной импеданс двухзатворного полевого транзистора между вторым затвором и истоком.

На чертеже приведена структурная схема заявляемого устройства делителя мощности.

Делитель мощности содержит полупроводниковую арсенидогаллиевую подложку 1, на которой сформирована структура двух двухзатворных полевых транзисторов 2, 3, истоки которых замкнуты на корпус, первые затворы соединены друг с другом непосредственно на подложке 1 и присоединены общей точкой ко входной линии 4, вторые затворы подключены к линиям 5, 6 цепей управления, которые через элементы развязывающих фильтров 7, 8 связаны с источниками управляющих напряжений U_упр1, U_упр2. Стоки транзисторов 2, 3 соединены с выходными линиями 9, 10 и с линиями 11, 12, связанными с источниками напряжения U_c1, U_c2 через элементы развязывающих фильтров 13, 14. Ко вторым затворам подключены также резисторы 15, 16 величиной R, замкнутые на корпус через развязывающие конденсаторы 17, 18 и разомкнутые на конце отрезки линий 19, 20 длиной l. Величина резисторов 15, 16 R и длина отрезков линий 19, 20 l определяются соотношениями (1). Цепи согласования на входе и выходах условно не показаны.

Устройство работает следующим образом.

При подаче питания на соответствующие электроды транзисторов 2, 3 и сигнала на входную линию 4 происходит примерно равное распределение сигнала в точке соединения первых затворов транзисторов 2, 3 и ослабление или усиление в каналах деления в зависимости от величины поданных на линии 5, 6 цепей управления через элементы развязывающих фильтров 7, 8, напряжений U_упр1, U_упр2. Ослабленные или усиленные сигналы поступают через стоки транзисторов 2, 3 на линии 9, 10, которые связаны с полезными нагрузками. Деление сигнала, таким образом, происходит с усилением и с регулируемым коэффициентом деления. Глубина регулирования коэффициента деления (соотношения между мощностями в каналах деления) может достигать 30 дБ. Однако при регулировке коэффициентов передачи в каналах деления появляется набег фазы сигнала и тем больший, чем больше глубина регулировки: при коэффициенте передачи К_р1 в одном из каналов порядка +3дБ набег фазы сигнала Dv₁ порядка О^o; при К_р1 10дБ, ΔΦ₁ уже 12^o, а при К_р1>20 дБ ΔΦ₁> 30^o; в другом канале наблюдается та же зависимость, что является неприемлемым при использовании делителя мощности в диаграммообразующих антенных системах. Таким образом, начиная с некоторого управляющего напряжения U_упр1 (или U_упр2) набег фазы в канале становится больше, чем того требует система, в которую включен делитель мощности. Очевидно в делителе мощности на рабочей частоте ω_o при определенном управляющем напряжении U_упр1 (или U_упр2) возникает резонансный контур, крутизна ФЧХ которого растет с ростом модуля U_упр1 (или U_упр2). Увеличение же крутизны ФЧХ означает рост задержки сигнала и, как следствие, увеличение набега фазы сигнала в рассматриваемом канале. Уменьшить крутизну ФЧХ упомянутого контура в момент приобретения напряжением U_упр1 (или U_упр2 значения, при котором величина набега фазы приобретает неприемлемые значения, можно внесением в этот момент потерь в контур в виде подключаемых ко вторым затворам транзисторов 2, 3 резисторов 15, 16, замкнутых на корпус через развязывающие конденсаторы 17, 18. Момент появления в каналах большого набега фаз фиксирован соответствующими напряжениями U_упр1, U_упр2; если при этих напряжениях снять входной импеданс Z_вх32и между вторым затвором и истоком транзисторов 2, 3 каждого канала деления, то при комплексно-сопряженном согласовании резисторы 15, 16 включатся в резонансные контуры и произойдет уменьшение крутизны ФЧХ, что приведет к снижению времен задержек и набегов фаз сигналов в соответствующих каналах при напряжениях U_упр1, U_упр2, определяющих резкое увеличение набега фаз. Таким образом, если к каждому второму затвору транзисторов 2, 3 подключить отрезок линии 19, 20, разомкнутый на конце, длиной l с входным сопротивлением Z₁

где Z_o волновое сопротивление отрезка; l рабочая длина волны сигнала,
то комплексно-сопряженное согласование произойдет при выполнении соотношений
Im(Z_вх32и) -Z₁,
Re(Z_вх32и)≥R.

Знак неравенства усиливает шунтирующий эффект и увеличивает глубину регулировки коэффициента деления. Очевидно,

откуда

При малых модулях напряжений U_упр1, U_упр2, когда набег фаз в каналах деления мал, резисторы 15, 16 шунтируются реактивностями отрезков линий 19, 20 и практически не влияют на потери в резонансной системе делителя мощности, что увеличивает глубину регулировки коэффициента деления; если же модули напряжений U_упр1, U_упр2 растут, то модуль реактивной части импеданса Z_вх32и приближается к модулю входного сопротивления отрезка линии 19 (или 20), а резистивная часть импеданса Z_вх32и приближается к величине резистора 15 (или 16), в результате падает крутизна ФЧХ контура и уменьшается набег фазы в первом канале: :P_вх__→P_вых1 или во втором канале: .

Использование: в технике СВЧ. Сущность изобретения: делитель мощности выполнен на двух двухзатворных полевых транзисторах. Первые затворы транзисторов соединены и являются входом, истоки соединены с корпусом, а стоки являются выходами, причем к каждому второму затвору подключены: резистор R, замкнутый на корпус, и отрезок линии передачи, разомкнутый на конце длиной l, определяемой соотношениями:

где λ - длина волны сигнала;
Z_o - волновое сопротивление отрезка линии передачи;
Z и Re(Z_вх32и) - входной импеданс и действительная часть входного импеданса двухзатворного полевого транзистора между его вторым затвором и истоком. 1 ил.

Делитель мощности, содержащий два двухзатворных полевых транзистора, включенные по схеме с общим истоком, первые затворы которых соединены и являются сигнальным входом делителя мощности, а вторые затворы являются входами для подачи сигнала управления, отличающийся тем, что второй затвор каждого двухзатворного полевого транзистора соединен с корпусом через введенные последовательно соединенные соответствующие резистор и конденсатор, а также с введенным соответствующим отрезком линии передачи, разомкнутым на конце, длиной l, равной

при R≅Re(Z_вх32и),
где R резистор;
λ длина волны сигнала;
Z_o волновое сопротивление отрезка линии передачи;
Z_вх32и и Re(Z_вх32и) входной импеданс и действительная часть входного импеданса двухзатворного полевого транзистора между его вторым затвором и истоком.