ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ СВЧ Российский патент 2008 года по МПК H01P1/185 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к фазовращателям СВЧ на полупроводниковых приборах.

Фазовращатели СВЧ характеризуют:

- величина прямых потерь Ап, значение которой должно быть как можно меньше;

- величина изменения фазы сигнала СВЧ, значение которой задается;

- наличие числа источников постоянного управляющего напряжения, которое должно быть как можно меньше;

- величина постоянного управляющего напряжения.

Фазовращатели СВЧ, выполненные на основе полупроводниковых приборов, широко используются в технике СВЧ.

Особенно многоразрядные фазовращатели СВЧ с дискретным изменением фазы, которые представляют собой каскадное соединение нескольких, по крайней мере, двух разрядов, содержащих отрезки линии передачи.

Подключение и отключение отрезков линии передачи в каждом разряде осуществляют электронными ключами, в качестве которых используют полупроводниковые диоды и транзисторы. Это позволяет получить требуемые комбинации дискретного изменения фазы многоразрядного фазовращателя СВЧ.

Известен многоразрядный фазовращатель СВЧ, содержащий в каждом разряде соединение отрезков линии передачи, в котором в качестве электронных ключей использованы полупроводниковые диоды, при этом один отрезок линии передачи соединен с одним pin-диодом, а другой - с другим pin-диодом, на которые подают постоянные управляющие напряжения [1, стр.147].

Недостатком данного многоразрядного фазовращателя является наличие в каждом разряде двух источников постоянного управляющего напряжения, что усложняет конструкцию и увеличивает массогабаритные характеристики фазовращателя СВЧ.

Кроме того, поскольку pin-диоды являются двухполюсными приборами, то для развязки их по СВЧ и постоянному управляющему напряжению необходимо использовать фильтры питания, что также усложняет конструкцию и увеличивает массогабаритные характеристики фазовращателя СВЧ.

Известен многоразрядный фазовращатель СВЧ, содержащий в каждом разряде также соединение отрезков линии передачи, но в котором в качестве электронных ключей использованы полупроводниковые транзисторы - полевые транзисторы с барьером Шотки. Фазовращатель СВЧ содержит две линии передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна предназначена для входа СВЧ-сигнала, другая - для выхода, два полевых транзистора с барьером Шотки и отрезок линии передачи с длиной, равной половине длины волны, в линии передачи. При этом исток первого полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на входе, сток - с линией передачи на выходе и с одним из концов отрезка линии передачи, сток второго полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на входе, а исток - с другим концом отрезка линии передачи, а на затворы подают постоянные управляющие напряжения [2, стр.152] - прототип.

По сравнению с аналогом в данном фазовращателе СВЧ исключена необходимость использования фильтров питания, поскольку полевые транзисторы с барьером Шотки являются трехполюсными приборами и, следовательно, обладают внутренней развязкой по СВЧ и постоянному управляющему напряжению.

Однако наличие в данном фазовращателе СВЧ, как и в аналоге, двух источников постоянного управляющего напряжения усложняет конструкцию и увеличивает массогабаритные характеристики фазовращателя СВЧ.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и снижение массогабаритных характеристик фазовращателя СВЧ путем сокращения числа источников постоянного управляющего напряжения при сохранении параметров фазовращателя СВЧ, а, именно, прямых потерь и изменения фазы сигнала СВЧ.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном фазовращателе СВЧ, содержащем две линии передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна предназначена для входа СВЧ-сигнала, другая - для выхода, два полевых транзистора с барьером Шотки и отрезок линии передачи с длиной, равной половине длины волны, в линии передачи.

При этом исток первого полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на входе, сток - с линией передачи на выходе и с одним из концов отрезка линии передачи, другой конец отрезка линии передачи соединен с линией передачи на входе, сток второго полевого транзистора с барьером Шотки соединен с отрезком линии передачи на расстоянии, равном четверти длины волны, в линии передачи от любого его конца, исток его заземлен, а затворы обоих полевых транзисторов с барьером Шотки соединены между собой и соединены с одним источником постоянного управляющего напряжения.

Соединение между собой затворов обоих полевых транзисторов с барьером Шотки и соединение их с одним источником постоянного управляющего напряжения уменьшает массогабаритные характеристики фазоврашателя СВЧ, что особенно актуально при исполнении фазовращателя в составе монолитно интегральных схем СВЧ.

Соединение другого конца отрезка линии передачи с линией передачи на входе формирует второй канал для прохождения сигнала СВЧ непрерывным, что позволит сохранить величину изменения фазы сигнала СВЧ неизменной.

Соединение стока второго полевого транзистора с барьером Шотки с отрезком линии передачи на расстоянии, равном четверти длины волны, в линии передачи от любого его конца и заземление его истока позволит преобразовать малую величину сопротивления второго полевого транзистора с барьером Шотки в большую величину сопротивления и тем самым исключить влияние отрезка линии передачи на величину прямых потерь.

Как видно из выше сказанного предложенная совокупность существенных признаков позволит обеспечить указанный выше технический результат.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 дана топология предлагаемого фазовращателя СВЧ, где

- две линии передачи, одна предназначена для входа СВЧ-сигнала - 1, другая - для выхода - 2,

- два полевых транзистора с барьером Шотки - 3 и 4 соответственно,

- отрезок линии передачи - 5,

- источник постоянного управляющего напряжения - 6.

На фиг.2 дана электрическая схема фазовращателя СВЧ.

На фиг.3 приведена зависимость величины прямых потерь - Ап от частоты сигнала СВЧ.

На фиг.4 приведена зависимость величины изменения фазы сигнала от частоты сигнала СВЧ.

Пример конкретного выполнения.

Фазовращатель СВЧ выполнен в монолитно интегральном исполнении на полупроводниковой подложке из арсенида галлия толщиной, равной 0,1 мм, с использованием классической тонкопленочной технологии.

Две линии передачи, предназначенные для входа СВЧ-сигнала 1 и для выхода 2, выполнены с одинаковыми волновыми сопротивлениями, равными 50 Ом, что соответствует ширине проводников 0,08 мм.

Полевые транзисторы с барьером Шотки 3 и 4 соответственно имеют напряжение отсечки Uотс, равное - 2,5 В.

Отрезок линии передачи 5 выполнен шириной, равной 0,02 мм, и длиной 6 мм, что соответствует половине длины волны в линии передачи.

При этом исток первого полевого транзистора с барьером Шотки 3 соединен с линией передачи на входе 1, сток - с линией передачи на выходе 2 и с одним из концов отрезка линии передачи 5, другой конец отрезка линии передач 5 соединен с линией передачи на входе 1, сток второго полевого транзистора с барьером Шотки 4 соединен с отрезком линии передачи 5 на расстоянии, равном четверти длины волны, в линии передачи от любого его конца, исток его заземлен, а затворы обоих полевых транзисторов с барьером Шотки соединены между собой и соединены с одним источником постоянного управляющего напряжения 6.

Работа устройства.

При подаче на затворы обоих полевых транзисторов с барьером Шотки 3 и 4 постоянного управляющего напряжения величиной, равной 0 В от одного источника постоянного управляющего напряжения 6, становятся открытыми оба полевых транзистора с барьером Шотки.

В результате этого полевой транзистор с барьером Шотки 3 имеет малое сопротивление Zоткр.

Полевой транзистор с барьером Шотки 4 также имеет малое сопротивление Zоткр, но поскольку он включен на расстоянии, равном четверти длины волны, в линии передачи от конца отрезка линии передачи 5, то на концах этого отрезка малое сопротивление Zоткр преобразуется в большие сопротивления ZA, рассчитанные по формуле:

ZA=Z²/Zоткр,

где Z² - квадрат волнового сопротивления отрезка линии передачи 5.

В этом случае фазовращатель будет иметь малое последовательное сопротивление Zоткр и два больших параллельных сопротивления ZA, включенных по обе стороны малого последовательного сопротивления Zоткр полевого транзистора с барьером Шотки 3.

И, следовательно, в фазовращателе реализуется величина фазы сигнала СВЧ Ф1 и малая величина прямых потерь Ап.

При подаче на затворы обоих полевых транзисторов с барьером Шотки 3 и 4 отрицательного управляющего напряжения, превышающего по абсолютной величине напряжение отсечки полевого транзистора с барьером Шотки Uотс, оба транзистора будут закрыты.

При этом полевой транзистор с барьером Шотки 3 имеет большое сопротивление Zзакр.

Полевой транзистор с барьером Шотки 4 также имеет большое сопротивление Zзакр и, следовательно, будет мало влиять на амплитуду и фазу сигнала СВЧ, проходящего по отрезку линии передачи 5.

В этом случае в фазовращателе реализуется величина фазы сигнала СВЧ Ф2 и малая величина прямых потерь Ап.

Таким образом, в предложенном фазовращателе реализуется малая величина прямых потерь Ап и заданная величина изменения фазы сигнала СВЧ, равная разности Ф2 и Ф1, при подаче на затворы полевых транзисторов с барьером Шотки отрицательного и нулевого постоянного управляющего напряжения соответственно от одного источника постоянного управляющего напряжения.

На образцах фазовращателя СВЧ были измерены величины прямых потерь Ап и величины изменения фазы сигнала СВЧ от частоты сигнала СВЧ.

Результаты изображены на фиг.3 и 4.

Как видно:

из фиг.3 - прямые потери в фазовращателе СВЧ на частоте 10 ГГц составляют - 1 дБ при постоянном управляющем напряжении, равном 0 и - 1,2 дБ при постоянном управляющем напряжении, равном - 5 В,

из фиг.4 - фаза сигнала в фазовращателе СВЧ на частоте 10 ГГц составляет - 10 градусов при постоянном управляющем напряжении, равном 0 и - 170 градусов при постоянном управляющем напряжении, равном - 5 В, так что величина изменения фазы сигнала СВЧ составляет 180 градусов.

Это говорит о том, что, используя один источник постоянного управляющего напряжения, реализуются те же параметры фазовращателя СВЧ, что и при использовании двух источников постоянного управляющего напряжения.

Таким образом, предложенный фазовращатель СВЧ позволит упростить конструкцию и снизить массогабаритные характеристики при сохранении параметров фазовращателя СВЧ, а, именно, прямых потерь и величины изменения фазы сигнала СВЧ.

Указанные преимущества фазовращателя СВЧ особенно актуальны при создании миниатюрных как отдельных приборов СВЧ, так и систем СВЧ.

Источник информации

1. Гассанов Л.Г., Липатов А.А., Марков В.В. Твердотельные устройства СВЧ в технике связи. - М.: Радио и связь, 1998 г.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к фазовращателям СВЧ на полупроводниковых приборах. Технический результат - упрощение конструкции и снижение массогабаритных характеристик путем сокращения числа источников постоянного управляющего напряжения при сохранении параметров фазовращателя СВЧ. Фазовращатель СВЧ содержит две линии передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна предназначена для входа СВЧ-сигнала, другая - для выхода, два полевых транзистора с барьером Шотки и отрезок линии передачи с длиной, равной половине длины волны, в линии передачи. Исток первого полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на входе, сток - с линией передачи на выходе и с одним из концов отрезка линии передачи. Другой конец отрезка линии передачи соединен с линией передачи на входе. Сток второго полевого транзистора с барьером Шотки соединен с отрезком линии передачи на расстоянии, равном четверти длины волны, в линии передачи от любого его конца, исток его заземлен. Затворы полевых транзисторов с барьером Шотки соединены между собой и соединены с одним источником постоянного управляющего напряжения. 4 ил.

Фазовращатель СВЧ, содержащий две линии передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна предназначена для входа СВЧ сигнала, другая - для выхода, два полевых транзистора с барьером Шотки и отрезок линии передачи с длиной, равной половине длины волны в линии передачи, при этом исток первого полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на входе, сток - с линией передачи на выходе и с одним из концов отрезка линии передачи, а на затворы подают постоянные управляющие напряжения, отличающийся тем, что другой конец отрезка линии передачи соединен с линией передачи на входе, сток второго полевого транзистора с барьером Шотки соединен с отрезком линии передачи на расстоянии, равном четверти длины волны в линии передачи от любого его конца, исток его заземлен, а затворы полевых транзисторов с барьером Шотки соединены с одним источником постоянного управляющего напряжения.