УПРАВЛЯЕМАЯ ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ СВЧ Российский патент 2001 года по МПК H03H11/26 H01P1/18 

Изобретение относится к области радиотехники, а более конкретно к линиям задержки СВЧ с дискретным изменением времени задержки сигнала, и может быть использовано в приемных и передающих устройствах СВЧ.

Изобретение направлено на решение проблемы упрощения схемы дискретной управляемой линии задержки (УЛЗ) СВЧ с целью повышения надежности и снижения стоимости изделий.

Известен фазовращатель [1], по своим функциям близкий к рассматриваемым УЛЗ. Такой фазовращатель содержит полевой транзистор с барьером Шоттки (ПТШ) в качестве пассивного двухполюсника, включенного параллельно с отрезком микрополосковой линии передачи. Значения для фазового сдвига достигаются только менее 60 градусов, а прямые потери весьма велики и составляют до - 6 дБ. Кроме того, схема требует обеспечения двух уровней управляющего напряжения, точность установки которых весьма критична для величины фазы коэффициента передачи.

Известна дискретная УЛЗ СВЧ [2], содержащая входной и выходной СВЧ переключатели, первый и второй отрезки микрополосковой линии передачи (МПЛ) разной длины, подключенные одним концом к выходам входного СВЧ переключателя, а другим концом ко входам выходного СВЧ переключателя. С помощью переключателей рабочий сигнал переключается между МПЛ, разность фаз коэффициента передачи между которыми удовлетворяет требуемым условиям. Устройство содержит четыре активных элемента, в качестве которых используются переключательные диоды. УЛЗ такого типа позволяет получать задержки в очень широком диапазоне с высокой точностью, имеет потери порядка 1-3 дБ, неидентичность коэффициента передачи при переключении задержки порядка 1 дБ. При изготовлении больших партий изделий (более 10000) в монолитном исполнении достигаются малые габариты и невысокая стоимость.

Такая УЛЗ имеет следующие недостатки:
- относительно невысокая надежность, обусловленная большим количеством активных элементов, характеризующихся наиболее высокой вероятностью отказов;
- высокая стоимость и трудоемкость изготовления в гибридном исполнении;
- длительный цикл и высокая стоимость разработки и технологической подготовки производства при мелкосерийном изготовлении по монолитной технологии, невозможность оперативной разработки и выпуска изделии;
- для управления УЛЗ необходимы специальные схемы задания рабочих режимов активных элементов.

Известна также УЛЗ [3], принятая в качестве прототипа, которая содержит полевые транзисторы с барьером Шоттки, работающие в переключательном режиме, и два отрезка МПЛ разной длины. В этом случае УЛЗ имеет близкие к аналогу, описанному в [2], электрические характеристики и характеризуется теми же недостатками. Кроме того, в связи с относительно большими габаритами корпусированных ПТШ реализация таких УЛЗ в гибридном исполнении затруднена.

Целью настоящего изобретения является уменьшение количества активных элементов в УЛЗ для повышения надежности и снижения стоимости и трудоемкости изделий.

Для достижения указанной цели предлагается управляемая линия задержки, содержащая два ПТШ и два отрезка МПЛ. Согласно изобретению, в нее введены делитель и сумматор мощности, четыре аттенюатора, а ПТШ используют в усилительном режиме. Затворы первого и второго ПТШ через первый и второй аттенюаторы подключены соответственно к первому и второму выходам делителя мощности, вход которого является входом устройства. Стоки первого и второго ПТШ через первый и второй отрезки МПЛ и третий и четвертый аттенюаторы подключены соответственно к первому и второму входам сумматора мощности, выход которого является выходом устройства.

Аттенюаторы линии задержки заземлены с помощью радиальных шлейфов вместо традиционно применяемых заземлений через отверстие или через край платы.

Это позволило снизить количество активных элементов в УЛЗ и вследствие этого повысить надежность и снизить стоимость изделия. Кроме того, в аттенюаторах УЛЗ применен радиальный шлейф, что позволяет снизить трудоемкость изготовления и стоимость изделия.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемой УЛЗ из литературы не известны, поэтому она соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, на фиг. 2 - топология платы. УЛЗ содержит делитель мощности 1, выходы которого через первый 2 и второй 3 аттенюаторы подключены к затворам первого 4 и второго 5 ПТШ соответственно, стоки которых через первый 6 и второй 7 отрезки МПЛ и третий 8 и четвертый 9 аттенюаторы подключены ко входам сумматора мощности 10. ПТШ 4 и 5 используют в усилительном режиме. Входом устройства является вход делителя мощности 1, а выходом - выход сумматора мощности 10. Аттенюаторы 2, 3, 8 и 9 заземлены с помощью радиальных шлейфов.

Линия задержки работает следующим образом. СВЧ сигнал поступает на входной делитель мощности 1, разветвляется на две равные части, каждая из которых через аттенюаторы 2 и 3 поступает на ПТШ 4 и 5. Аттенюаторы 2 и 3 служат для улучшения согласования делителя мощности со входами ПТШ 4 и 5. Разность длин отрезков МПЛ 6 и 7 определяет величину времени задержки сигнала. Напряжение питания полается только на один из ПТШ 4, 5 (в зависимости от того, требуется задержка сигнала или нет). ПТШ, на который не подано питание, обеспечивает развязку сигнала около 20 дБ. Для упрощения устройства и стабилизации его работы при изменении температуры окружающей среды режим питания ПТШ по постоянному току обеспечивается по схеме с автосмещением.

На дату подачи заявки были изготовлены и исследованы 2 макета УЛЗ, предназначенных для работы в X-диапазоне длин волн в полосе частот 6%, с задержками 1/8 и 1/4 нс. Топологии всех УЛЗ (вид одной из плат изображен на фиг. 2) выполнены на платах размером 30х24х0.5 мм из керамики на основе оксида алюминия методом тонкопленочной технологии. Все резисторы изготовлены методом фотолитографии. Заземление аттенюаторов и стоков ПТШ производится с помощью радиальных шлейфов. Подача питания и согласующие цепи выполнены полностью на распределенных элементах. Питание устройства осуществляется стандартным напряжением +5В при токе потребления не более 50 мА.

Полученные фазовые характеристики имели высокую линейность. Максимальное отклонение задержки от номинала после настройки УЛЗ не превышало 4.8 пс в зависимости от длительности задержки. Неидентичность коэффициента передачи при включенной и выключенной задержке не превышала 0.3-0.8 дБ. Коэффициент передачи для различных УЛЗ изменялся в пределах - 4...-2.5 дБ с неравномерностью не более 0.8 дБ в рабочей полосе частот. КСВН входа и выхода УЛЗ в любом фазовом состоянии не превышал 1.7.

Литература
1. K. Purnell, A. Kats. A Novel Phase Shifter Using a GaAs MESFET in Passive Configuration. IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest June, 1996, V. 3, pp. 1197-1200.

2. T. Sturzebecher, J. Leen, R. Cadotte, J. DeMarco, TD. Ni, T. Higging, M. Popick. M. Cummings, B. Van Meerheke, T. Provencher, B. Kimble, K. Shalkhauser, R. Simons. 20 Ghz LTCC Phased Array Module. IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, June 1996. V.2, pp. 995-998.

3. C. Yuen, E. Balderrama, W. Findley, L. Kirby, J. Lee, P. Sturzu. A 20 Ghz MMIC Power Module for Transmit Phased Array Application. IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, June 1996, V. 2, pp. 1163-1166.

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к линиям задержки СВЧ с дискретным изменением времени задержки сигнала, и может быть использовано в приемных и передающих устройствах СВЧ. Техническим результатом является уменьшение количества активных элементов в управляемой линии задержки (УЛЗ) для повышения надежности и снижения стоимости и трудоемкости изделий, что достигается использованием полевых транзисторов с барьером Шоттки (ПТШ) в усилительном режиме. Это позволило снизить количество активных элементов в УЛЗ и вследствие этого повысить надежность и снизить стоимость изделия. УЛЗ содержит делитель мощности, выходы которого через первый и второй аттенюаторы подключены к затворам первого и второго ПТШ соответственно, стоки которых через первый и второй отрезки микрополосковых линий передачи и третий и четвертый аттенюаторы подключены ко входам сумматора мощности. Входом устройства является вход делителя мощности, а выходом - выход сумматора мощности. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Управляемая линия задержки СВЧ, содержащая два отрезка микрополосковой линии передачи и два полевых транзистора с барьером Шоттки, отличающаяся тем, что в нее введены делитель мощности, сумматор мощности и четыре аттенюатора, а полевые транзисторы с барьером Шоттки используют в усилительном режиме, при этом затворы первого и второго полевых транзисторов с барьером Шоттки через первый и второй аттенюаторы подключены соответственно к первому и второму выходам делителя мощности, вход которого является входом устройства, а стоки первого и второго полевых транзисторов с барьером Шоттки через первый и второй отрезки микрополосковой линии передачи и третий и четвертый аттенюаторы соответственно подключены к первому и второму входам сумматора мощности, выход которого является выходом устройства. 2. Управляемая линия задержки СВЧ по п.1, отличающаяся тем, что аттенюаторы заземлены с помощью радиального шлейфа.