СВЧ-ОГРАНИЧИТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H01P1/22 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к разработке СВЧ-устройств, защищающих вход чувствительных приемных устройств от перегрузки и выхода из строя под действием стороннего сигнала.

Из уровня техники известны полупроводниковые защитные устройства, в которых в качестве элемента, ограничивающего СВЧ-мощность, используются pin-диоды, ограничительные и варакторные диоды и полевые транзисторы [1]
Недостатком pin-диодных ограничителей мощности при большой толщине pin-структуры, необходимой для обеспечения высокой рабочей мощности, является отсутствие самоуправляемости под действием входного СВЧ-сигнала. Недостатком варакторных защитных ограничителей и устройств, выполненных на ограничительных диодах, варакторных диодах и полевых транзисторах, является невысокая допустимая входная мощность.

Наиболее близким техническим решением для преодоления указанных недостатков является ограничитель СВЧ-мощности [2] содержащий отрезок линии передачи, один конец которого является входом, а другой выходом ограничителя, цепочку из последовательно соединенных своими разноименными электродами переключательного и детекторного диодов, параллельно включенной в линию передачи с помощью металлических проводников. Такой ограничитель в высокоимпедансном состоянии диодов пропускает слабый СВЧ-сигнал, а в низкоимпедансном состоянии тех же диодов создает отражение входного СВЧ-сигнала, мощность которого превышает пороговое значение, благодаря подпитке переключательного pin-диода постоянным током, генерируемым детекторным диодом.

Недостатком ограничителя [2] является сложность конструкции, вызванная необходимостью гальванического контакта диодов с проводниками линии передачи по СВЧ-току при одновременном обеспечении замыкания цепи подпитки по постоянному току.

Задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в упрощении конструкции ограничителя и снижении его вносимых потерь в режиме низкого уровня мощности.

На фиг. 1 представлен пример конструктивной реализации двухдиодного ограничителя в волноводной линии передачи. На фиг. 2 изображена эквивалентная электрическая схема предлагаемого ограничителя мощности. На фиг. 3 представлены экспериментальные диапазоны характеристики, а на фиг. 4 - экспериментальная ограничительная характеристика предлагаемого устройства.

В продольном сечении волновода 1 (фиг. 1) в максимуме электрической составляющей поля размещается тонкая диэлектрическая подложка 2 с малой диэлектрической проницаемостью, на поверхности которой выполнен в виде пленочной металлизации узкий замкнутый металлический проводник 3 в форме эллипса (кольца). В рассечках проводника, находящихся в вершинах эллипса, лежащих на его большой оси, между кромками щелей расположены последовательно соединенные между собой детекторный и переключательный диоды 4, 5.

Длина замкнутого узкого эллиптического (кольцевого) металлического проводника выбирается из условия обеспечения последовательного резонанса на рабочей частоте f₀. Например, для кольцевого проводника его радиус находится из соотношения πf_oR ≈ 150 где f₀ выражена в ГГц, а R в мм.

Эквивалентная схема устройства (фиг. 2) состоит из линии передачи 1, в точках аб которой параллельно включены последовательный резонансный контур 2, в первом приближении описывающий замкнутый эллиптический (кольцевой) узкий металлический проводник, а также последовательно соединенные по СВЧ и постоянному току детекторный и переключательный диоды 3 и 4. Гальванический контакт с основной линией передачи отсутствует.

Предлагаемый ограничитель работает следующим образом. При низком уровне мощности оба диода находятся в высокоимпедансном состоянии, и электродинамическая система ограничителя имеет нерезонансный характер. Вносимые потери малы и не превышают 0,5 дБ. При высоком уровне входной мощности происходит открывание детекторного диода. Ток, генерируемый детекторным диодом, переводит переключательный диод в низкоимпедансное состояние. Резонансный контур 2, состоящий из емкости C и индуктивности L, обеспечивают в сечении аб линии (фиг. 2) резонанс последовательного типа, приводящий к значительному ослаблению входного сигнала (до 20-30 дБ).

Пример реализации ограничителя мощности: f₀=7.5 ГГц; сечение волновода 28.5•12.6 мм²; толщина подложки 1 мм; диэлектрическая проницаемость подложки ε_r2.2; форма металлического проводника - эллиптическая; малая и большая оси эллипса равны соответственно 7 мм и 17 мм; ширина металлического проводника 1 мм; переключательный pin-диод 2A553A-3; детекторный диод 3A117A-6.

Диапазонные характеристики на низком уровне мощности приведены на фиг. 3. В 7% полосе частот развязка превышает 10 дБ, а вносимые потери составляют величину менее 0.5 дБ. На фиг. 4 приведена ограничительная характеристика, снятая в импульсном режиме при длительности импульса τ 5 мкс с частотой повторения, равной 1 кГц.

Использованная литература
1. Сверхвысокочастотные защитные устройства /А.И. Ропий, А.М.Старик, К. К.Шутов. М. Радио и связь, 1993, 128 с.

2. Лебедев И. В. Шнитников А.С. Прохоров Р.А. Скоробогатов Д.В. /Новые структурные схемы твердотельных ограничителей мощности // Изв. вузов, Радиоэлектроника, N 10, Т. 34, с. 9-18.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к разработке СВЧ устройств, предназначенных для защиты входа чувствительного приемного устройства от перегрузки и выхода из строя под действием сигнала собственного передатчика или мощного стороннего сигнала. Предложенный ограничитель СВЧ-мощности содержит отрезок линии передачи и переключательный и детекторный полупроводниковые диоды, соединенные между собой последовательно, а также металлический проводник, расположенный в продольном сечении линии передачи. Металлический проводник выполнен в виде замкнутого эллипса (кольца), в вершинах которого, расположенных на его большой оси, выполнены сквозные поперечные щели, между кромками которых включены переключательный и детекторный диоды. 4 ил.

Ограничитель СВЧ-мощности, содержащий отрезок линии передачи, переключательный и детекторный полупроводниковые диоды, соединенные между собой последовательно, а также металлический проводник, расположенный в продольном сечении основной линии передачи и не имеющий с ней гальванического контакта, отличающийся тем, что металлический проводник выполнен в виде замкнутого эллипса, в вершинах которого, расположенных на его большой оси, выполнены сквозные поперечные щели, между кромками которых включены переключательный и детекторный диоды.