ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО СВЧ Российский патент 2002 года по МПК H01P1/22 H02H3/00 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к полупроводниковым защитным устройствам СВЧ.

Полупроводниковые защитные устройства, созданные на основе pin-диодов, как правило, уступают устройствам подобного значения с газовым разрядом только по уровню максимально допустимой величины падающей СВЧ мощности. Связано это с более низкими пробивными напряжениями у полупроводниковых приборов по сравнению с газоразрядными.

Допустимый уровень падающей мощности может быть повышен в результате разработки pin-диодов с высокими значениями пробивного напряжения. Однако это приводит к ухудшению быстродействия диодов при их переключении. Поэтому наиболее перспективный путь повышения допустимой мощности связан с поиском новых конструкций защитных устройств на pin-диодах.

Известно защитное устройство, в котором pin-диод подключен непосредственно к центральному проводнику [1].

Недостатки устройства связаны с ограничением предельной падающей мощности, поскольку мощность рассеяния даже лучших СВЧ pin-диодов составляет 1... 3 Вт, и слабой защищенностью диода от прямого воздействия на него СВЧ мощности.

Известно защитное устройство СВЧ прототип, содержащее центральный проводник, соединенный с ним отрезок линии длиной l, и pin-диод, расположенный в конце этого отрезка [2] . При l = λ_o/4 (λ_o- длина волны в линии на центральной частоте) открытому состоянию диода соответствует режим запирания, а закрытому режим пропускания падающей (входной) мощности.

По сравнению с аналогом в таком устройстве удается значительно повысить величину входной мощности и защитить диод от прямого воздействия на него СВЧ мощности.

Существенный недостаток данного устройства связан с тем, что падающая (входная) мощность Р_m ограничена пробивным значением напряжения pin-диода U
P_m<U²|Z_o/Z₁+2Z₁Y|²/(2Z_o), (1)
где Z₀ и Z₁ - волновые сопротивления центральной линии и четвертьволнового отрезка микрополосковой линии соответственно, Y-полная проводимость pin-диода.

В закрытом состоянии pin-диод описывается эквивалентной схемой из параллельно соединенных емкости С и проводимости диода G. Для типичных диодов С= 0,1 пф, G=0,0002 См, U=30 В. При Z₀=Z₁=50 Ом допустимая величина входной мощности Р_m составляет 13 Вт.

Техническим результатом настоящего изобретения является существенное увеличение допустимой входной мощности Р_m,
Технический результат достигается тем, что в известном защитном защитном устройстве СВЧ, содержащем центральный проводник, соединенный с ним отрезок линии длиной 1, и pin-диод, расположенный на конце линии, в устройство дополнительно введен резистор, а отрезок линии выполнен в виде двух связанных линий, на конце одной линии расположен pin-диод, а на конце другой - резистор, включенный параллельно диоду; при этом длина связанных линий l = λ_o(2k+1)/4, где λ_o длина волны на центральной частоте, k=0, 1, 2,...

Сущность получаемого эффекта в предлагаемом устройстве заключается в следующем. Если параллельно диоду включить резистор с проводимостью G₀, то выражение (1) примет вид
P_m<U²|Z_o/Z₁+2Z₁(Y+G_o)|²/(2Z_o). (2)
Видно, что выбором соответствующей величины G₀ можно существенно увеличить Р при тех же параметрах диода.

Выбор длины l = λ_o(2k+1)/4 позволяет осуществить режим, при котором открытому состоянию диода соответствует запирание, а закрытому пропускание падающей (входной) мощности и тем самым позволяет увеличить допустимое значение входной мощности
Выполнение отрезка линии в виде двух связанных линий дает возможность осуществить развязку по постоянному току pin-диода и резистора и тем самым исключить попадание повышенной мощности на диод, что позволит увеличить допустимое значение мощности.

Изобретение поясняется чертежом, где изображены центральный проводник 1, соединенный с ним отрезок связанной линии 2, pin-диод 3, включенный на конце одной линии, и резистор 4, включенный параллельно диоду на конце другой связанной линии.

Пример
В качестве примера рассмотрена микрополосковая конструкция защитного устройства, выполненная на поликоровой подложке (ε=9,6) толщиной h=0,5 мм. Центральный проводник 1 выполнен шириной 0,48 мм. Две связанные линии 2 имеют следующие параметры: ширина проводников 0,2 мм, расстояние между ними 0,1 мм. Длины связанных линий 3 мм, что на центральной частоте 10 ГГц примерно соответствует четверти длины волны в линиях. В устройстве используют бескорпусной pin-диод 2А 547А-3 с параметрами: С=0,1 пф, G=0,002 См, U=30 В, Z₀=Z₁=50 Ом. Резистор 4 имеет проводимость G₀=0,02 См.

При этом допустимая величина входной мощности Р_m, рассчитанная по формуле (2), составила 90 Вт.

Предлагаемое защитное устройство СВЧ по сравнению с прототипом позволит существенно увеличить допустимую величину входной мощности в 8...10 раз.

Источники информации
1. СВЧ полупроводниковые приборы и их применение. / Под ред. Уотсона Г. М: Мир, 1972, с. 105.

2. Вайсблат А.В. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах. М: Радио и связь, 1987, с. 45-прототип.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к полупроводниковым защитным устройствам СВЧ. Техническим результатом является увеличение допустимой величины выходной мощности. В защитном устройстве отрезок линии выполнен в виде двух связанных линий, на конце одной из которых расположен pin-диод, а на конце другой резистор. 1 ил.

Защитное устройство СВЧ, содержащее центральный проводник, соединенный с ним отрезок линии длиной 1 и pin-диод, расположенный на конце линии, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введен резистор, а отрезок линии выполнен в виде двух связанных линий, на конце одной линии расположен pin-диод, а на конце другой - резистор, включенный параллельно pin-диоду, при этом длина связанных линий 1 = λ_o(2k+1)/4, где λ_o - длина волны на центральной частоте; k= 0,1,2. . .