КОМПЛЕКСНЫЙ АТТЕНЮАТОР Российский патент 1997 года по МПК H01P1/22 H03C1/00 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к технике СВЧ. Оно может быть использовано для изменения амплитуды и фазы высокочастотного сигнала, в частности, при весовой обработке в адаптивных компенсаторных помех.

Аналогами заявляемого устройства являются устройства, описанные в заявке ФРГ, кл. H 01Q 3/26, G 01S 7/36, N 2642144 от 23.03.78; в обзорной статье "Радиоэлектроника за рубежом", 1977, N 8; в патенте США N 4177464, НКИ 343/100 LE от 4.12.79 г. в статье Compton R.T.-IEEE Trans, 1976, AP 24, N 5. Входной сигнал разделяется на синфазную и квадратурную составляющие, каждая из которых с помощью электрически управляемого аттенюатора и коммутатора фазы на 0^o 180^o умножается на действительный коэффициент, после чего обе составляющие суммируются.

Прототипом предлагаемого устройства является схема взвешивающего устройства на двух аттенюаторах, описанная в "Зарубежной радиоэлектронике", 1983, N 5, с.16 (рис.16), содержащая квадратурный мост, к выходам которого подключены первый и второй весовые умножители, каждый из которых состоит из последовательно включенных, электрически управляемых аттенюатора и коммутатора, выходы весовых умножителей подключены к первому и второму входам равновесного сумматора.

Недостатком прототипа и аналогов является то, что равновесное суммирование приводит к дополнительной потере энергии.

При создании изобретения решалась следующая техническая задача: сохранение максимально возможного входного уровня сигнала.

Это достигается тем, что в комплексный весовой умножитель, содержащий квадратурный мост, к выходам которого подключены первый и второй весовые умножители, каждый из которых состоит из последовательно включенных, электрически управляемых аттенюатора и коммутатора, выходы которых соединены с входами сумматора, дополнительно введены последовательно соединенные вычитающее устройство и усилитель, входы вычитающего устройства соединены с управляющими входами аттенюаторов первого и второго весовых умножителей, а выход усилителя соединен с управляющим входом сумматора, выполненного регулируемым.

Снижение потерь происходит благодаря применению регулируемого сумматора вместо равновесного сумматора и благодаря тому, что последовательно соединенные вычитающее устройство и усилитель обеспечивают суммирование более интенсивного из квадратурных сигналов с большим весом.

На фиг.1 изображено заявляемое устройство.

На фиг.2 представлена регулировочная характеристика весового умножителя.

На фиг.3 представлены регулировочные характеристики регулируемого сумматора.

На фиг.4 приведены расчетные зависимости коэффициентов передачи заявляемого устройства и прототипа от управляющего напряжения (тока).

Заявляемое устройство (фиг.1) содержит квадратурный мост 1, вход которого является входом заявляемого устройства, а к выходам подключены первый и второй весовые умножители 2 и 3 соответственно, каждый из которых состоит из последовательно включенных электрически управляемого аттенюатора 4 и коммутатора 5. Выходы весовых умножителей соединены с первым и вторым входами регулируемого сумматора 6, выход которого является выходом заявляемого устройства. Вычитающее устройство 7 и усилитель 8 образуют цепь регулирования 9 регулируемым сумматором. Вход вычитающего устройства 7 соединен с управляющими входами аттенюаторов 2 и 3, а выход усилителя 8 с управляющим входом регулируемого сумматора 6.

Квадратурный мост 1 это устройство, которое осуществляет деление входного сигнала на два со сдвигом фазы 90^o между выходными сигналами. Квадратурные мосты широко используются в технике СВЧ, варианты его технической реализации широко известны: шлейфный или гибридный мост с согласованной нагрузкой в развязанном плече (см. "Конструирование и расчет полосковых устройств" под ред. И. С. Ковалева. М. Сов.радио, 1974, с. 166); развязанный делитель мощности (см. Д.М. Сазонов, А.Н. Гридин, В.А. Мишустин "Устройства СВЧ", М: Высшая школа. 1981, с.105, рис.3.5), к одному из выходом которого подключен четвертьволновый отрезок фидера.

Весовой умножитель 2 и 3 это СВЧ-устройство, коэффициент передачи которого пропорционален двухполярному сигналу, поступающему на его управляющий вход (см. фиг. 2). Амплитуда коэффициента передачи пропорциональна модулю управляющего сигнала, а его фаза определяется знаком управляющего сигнала. Выполнен весовой умножитель в виде последовательно соединенных аттенюатора 4 и коммутатора 5. Аттенюатор 4 реализуется по традиционной схеме на p i - n-диодах (см. например, Дзехцер Г.Б. Орлов О.С. "P i n-диоды в широкополосных устройствах СВЧ". М. Сов.радио, 1970, с.75, рис.3.6). Коммутатор 5 технически реализуется в виде проходного фазовращателя (см. Г.С. Хижа, И.Б. Вендик, Е.А. Серебрякова "СВЧ-фазовращатели и переключатели". -М. Сов.радио. 1984, с. 30, рис.121).

Регулируемый сумматор 6 суммирует высокочастотные сигналы с выходов весовых умножителей 2 и 3, причем коэффициенты передачи сумматора от входа к выходным плечам зависят от сигнала на его управляющем входе. В качестве варианта технической реализации регулируемого сумматора может использоваться регулируемый делитель мощности по а. с. СССР N 1501199, кл. H 01P 5/12 (Опубл. 1989, Бюл. N 30), так как является взаимным устройством.

Вычитающее устройство 7 формирует на выходе сигнал разности действующих на его входах сигналов.

Усилитель 8 усиливает сигнал с выхода вычитающего устройства.

Комплексный весовой умножитель работает следующим образом. Поступающий входной СВЧ-сигнал делится в квадратурном мосте на синфазную и квадратурную составляющие. Сигналы с выходов квадратурного моста поступают на входы первого и второго весовых умножителей, где, проходя через аттенюатор, изменяется амплитуда входного сигнала в зависимости от модуля управляющего напряжения, подаваемого на управляющий вход аттенюатора. С выхода аттенюатора сигнал поступает на вход коммутатора, при этом фаза сигнала либо сохраняется неизменной, либо изменяется на 180^o в зависимости от знака управляющего напряжения. Таким образом, изменяются амплитуда и фаза высокочастотного входного сигнала на весовой коэффициент W' (в первом канале) и W'' (во втором канале). Сигнал на выходе весового умножителя 2 равен W'S', а на выходе весового умножителя 3 W''S'', причем так как аттенюатор является пассивным устройством.

Сигналы с выходов весовых умножителей 2 и 3 суммируются регулируемым сумматором, выполненным по схеме с регулируемыми коэффициентами передачи по напряженности K₁ и K₂, которые устанавливаются в соответствии со значениями управляющих напряжений, действующих одновременно на входах аттенюаторов. Таким образом, сигнал на выходе комплексного весового умножителя равен
S_вых K₁W'S' + K₂W''S''.

Так как регулируемый сумматор является пассивным элементом СВЧ-тракта, то значения коэффициента передачи с входа на выходы связаны соотношением K21

Проанализируем характеристики прототипа и заявляемого устройства в 3-х состояниях.

Состояние 1. Сигналы с выходов весовых умножителей равны, т.е. , при этом ΔU = 0 В регулируемом сумматоре установятся K₁ K₂ 0,707. В такой ситуации коэффициенты передачи заявляемого устройства и прототипа одинаковы и равны 3 дБ.

Состояние 2. Сигнал на выходе первого весового умножителя (2) максимальный, а на выходе второго (3) равен нулю, т.е. , при этом ΔU = -U_w (см. фиг. 2 и 3). Тогда в регулируемом сумматоре установятся K₁ 1, K₂ 0. В такой ситуации коэффициент передачи заявляемого устройства будет 3 дБ, в то время как в прототипе 6 дБ.

Состояние 3. Сигнал на выходе первого весового умножителя (2) равен нулю, а на выходе второго (3) максимальный, т.е. , при этом ΔU = U_w (см. фиг. 2 и 3). Тогда в регулируемом сумматоре установятся K₁ 0, K₂ 1. Аналогично состоянию 2 коэффициент передачи заявляемого устройства будет 3 дБ, прототипа 6 дБ.

Расчет характеристик прототипа и заявляемого устройства для промежуточных состояний (фиг. 4) проведен с помощью пакета прикладных программ "Парус" (А. Н. Кузьмин, М.Ф.Тюхтин "Руководство по применению программы автоматизированного проектирования СВЧ-устройств "Парус", Казань, 1979).

Расчеты показывают (фиг.4), что может быть достигнуто снижение потерь на 2,8 дБ в заявляемом устройстве (сплошная линия) по сравнению с прототипом (штриховая линия).

Использование: при весовой обработке в адаптивных компенсаторах помех в СВЧ-диапазоне. Сущность изобретения: устройство содержит квадратурный мост, к выходам которого подключены первый и второй весовые умножители, каждый из которых состоит из последовательно включенных, электрически управляемых аттенюатора и коммутатора, выходы которых соединены с входами сумматора. Введены последовательно соединенные вычитающее устройство и усилитель, входы вычитающего устройства соединены с управляющими входами соответствующих аттенюаторов, а выход усилителя соединен с управляющим входом сумматора, выполненного регулируемым. 4 ил.

Комплексный аттенюатор, содержащий квадратурный мост, к каждому выходному плечу которого подключены последовательно соединенные электрически управляемые аттенюатор и манипулятор фазы, выход которого подсоединен к соответствующему входу сумматора, отличающийся тем, что введены последовательно соединенные блок вычитания и усилитель, каждый вход блока вычитания соединен с управляющим входом соответствующего аттенюатора, а выход усилителя подключен к управляющему входу сумматора, который выполнен регулируемым.