Электронный высокочастотный коммутатор Советский патент 1987 года по МПК H03K17/74 

1

1293836

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано, в частности, в мощных радиопередающих устройствах.

Целью изобретения является уменьшение нелинейных искажений и повьппе- ние допустимого уровня коммутируемых сигналов„

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предложен ного устройства.

Устройство содержит входной повышающий трансформатор I, повышающая обмотк а которого соединена одним концом через конденсатор 2 с анодом p-i-n-диода 3 первого ВЧ-канала, через катушку индуктивности 4 и конденсатор 5 с катодом p-i-n-диода 6 второго ВЧ-канала и через катушку индуктивности 7 и конденсатор 8 с катодом p-i-n-диода 9 третьего ВЧ-канала. Другой конец повьшающей обмотки трансформатора 1 соединен через разделительный конденсатор JO с анодом р 1 п-диода 11 четвертого ВЧ-канала, через конденсатор 12 с анодом p-i-n- диода 13 пятого ВЧ-канала, и через катушку индуктивности 14 и конденсатор 15 с катодом p-i-n-диода 16 шеетого ВЧ-каналао Аноды всех p-i-n-ди- одов 3, 6, 9, 11, 13 и 16 через соответствующие развязывающие фильтры 17, 18, 19, 20, 21, 22 и переменные токозадающие (регулируемые) резисторы 23, 24, 25, 26, 27 и 28 соединены с управляющими ключевым элементом 29, подключенным к первой щине ( положительному полюсу) источника питающего 30 напряжения, вторая шина (отри- цательньй полюс) которого заземлена. Катод диода 3 через конденсатор 31 и катушку 32 индуктивности и анод диода 6 через конденсатор 33 соединены с первым концом повышающей обмотки выходного понижающего трансформатора 34 и второй обмоткой инвертирующего трансформатора 35, другой конец которой заземлен. Катод диода 13 через конденсатор 36, катушки 37 индуктивности, анод диода 16 через конденсатор 38 соединены с вторым концом повьщ1ающей обмотки выходного трансформатора 34 и второй обмоткой инвертирующего трансформатора 39, другой конец которой заземлен Анод диода 9 через конденсатор 40 соединен с первой обмоткой инвертирующего трансформатора 39, другой конец которой заземпен. Катод диода 11

5 0

через конденсатор 41 и катушку 42 индуктивности соединен с первой обмоткой инвертирующего трансформатора 35, другой конец которой заземлен. Катоды всех p-i-n-диодов 3, 6, 9, П, 13, 16 через соответствующие развязывающие фильтры 43, 44, 45, 46, 47 и 48 заземленыо Понижающая входная обмотка трансформатора 1 соединена с входной шиной 49 выключателя, а понюкающая выходная обмотка трансформатора ЗА соединена с выходной шиной 50 выключателя.

Средняя точка повьш1ающей обмотки входного трансформатора 1 через разделительный конденсатор 51 заземлена. Средняя точка повьш1ающей обмотки выходного трансформатора 34 также заземлена через разделительный конденсатор 52„

Предлагаемое устройство работает следзтощим образом.

Передающий высокочастотный тракт расщепляется на шесть параллельных 5 каналов, имеющих определенное функциональное назначение. При этом за счет применения трансформаторов 1 и 34, соответственно повьш1ающего на входе и понижающего выходе, работа p-i-n-диoд,oв 3, 6, 9, 11, 13 и 16 происходит в более высокоомном высокочастотном тракте, и следова- телы-ю, с меньшими значениями высокочастотного тока по сравнению с высокочастотным током первичной обмотки трансформатора 1.

В открытом состоянии через устройство проходит сигнал большей ВЧ-мощ- ности: в пересчете на один p-i-n-ди- од. При подаче напряжения высокочас- тотного сигнала на первичную обмотку повьш ающего входного трансформатора 1 в зависимости от того, в открытом или закрытом состоянии находятся высокочастотные каналы с последовательно включенными в них p-i-n-диодами 3, 6, 9, 11, 13 и 16j высокочастотный сигнал проходит на вторичную обмотку понижающего выходного транс- 0 форматора 34 с минимальным или максимальным ослаблением.

Открытое состояние p-i-n-диодов 3, 6, 9, 11, 13,, 16 создается путем подачи через управляющий ключевой элемент 29 тока прямого смещения от источника 30.

При прохождении ВЧ-сигнала через -p-i-п-диоды 3,6, 9, II, 13 и 16в его .спектре появляются гармоники основ0

5

0

5

5

ной частоты, так как структура p-i-n- диода не является идеальным ключевым элементом. Дополнительное подавление этих гармоник осуществляется благодаря вьтолнению схемы выключателя двухтактной, для чего средние точки повьппающих обмоток трансформаторов 1 и 34 заземлены через соответствующие разделительные конденсаторь 51 и 52, В каждой ветви такой двухтактной схемы протекает высокочастотный ток противоположного направления о

Прохождение положительной полуволны высокочастотного мощного сигнала приводит к накоплению дополнительного по сравнению с зарядом тока прямого смещения заряда неосновных носителей, инжектированных в приконтактные области i-слоя p-i-n-дио- 20 го тока отрицательной полуволны ВЧдов. При смене полярности напряжения высокочастотного сигнала на отрицательную происходит частичное вытягивание этих накопленных неосновных носителей из i-слоя. Катушка 32 индуктивности, а также соответственно катушки индуктивности 4, 7, 14, 37, 42 предназначены для сглаживания броска обратного тока, возникающего в первый момент при переходе от положительной полуволны высокочастот- |Ного сигнала к отрицательной. На отрицательной полуволне происходит увеличение сопротивления p-i-n-дио- да 3 в результате обеднения i-слоя носителями заряда, однако при этом p i-n-диoд 6, противоположной с p i n-диoдoм 3 полярности включения, совместно с цепью, состоящей из катушки 4 индуктивности и разделительного конденсатора 5, разделительного конденсатора 33,обеспечивает шунтирование первогоВЧ-канала с увеличившимся сопротивлением, образованным конденсатором 2, p-i-n-диодом 3, конденсатором 31, катушкой 32 индуктивности. Для того, чтобы ослабить - появившиеся нечетные гармоники параллельно этим двум ветвям, подсое25

сигнала.

Создание открытого состояния p-i- -п-диодов 3, 6, 9, 11, 13 и 16 обеспечивается током прямого смещения, протекающим по цепям, образованным развязывающими фильтрами 11-22, переменными резонаторами 23-28, осуществляющими индивидуальную настройку по току прямого смещения каждого

p-i-n-диода, и развязьшающими фильтрами 43-48, Такая индивидуальная настройка позволяет улучшить в целом линейность всего устройства за счет компенсации разброса вольт-амперных

35 характеристик используемых p-i-n- диодов ,

При подаче запирающего напряжения на управляющий ключевой элемент 29 прекращается подача тока прямого смещения на p-i-n-диоды 3, 6, 9, 11, 13, 16, в результате чего за счет рекомбинации носителей заряда в достаточно протяженной i-области сопротивление p-i-n-диодов 3, 6, 9, 11, 13 и 16 возрастает. При этом дополнительные поступления неосновных носителей отсутствуют, так как отсутствует как прямой, так и обратный ток смещения, сопротивление p-i-n-диодов

40

45

диняатся канал, образованный конден- -50 3, 6, 9, 11, 13, 16 велико. При этом

сатором 10, p-i-n-диодом 11, катушкой 42 индуктивности, конденсатором 41 и инвертирующим трансформатором 35,

Работа других параллельных цепочек , образованных разделительными конденсаторами 8, 12, 15, 36, 38, 40 катушками индуктивности 7, 37, 14, p i n-диодами 9, 13, 16 и инвертирующим трансформатором 39 происходит аналогично описанной, с той лишь разницей, что полярность включения p-i-n-диодов 9, 13 и 16 противополож- на полярности включения p-i-n-диодов 3, 6 и 11 ,

Ослабление четных гармоник происходит на выходном понижающем трансформаторе 34, Применение повьппаюшего

и понижающего трансформаторов 1 и 34 позволяет осуществлять работу p-i-ii- диодов 3,.6,9, 1,13и16на пониженном высокочастотном токе, что приводит к увеличению величины мощности коммутируемого ВЧ сигнала, с одной стороны, а с другой стороны, - к уменьшениь искажений ВЧ-сигнала за счет обеднения i-слоя открытых p-i-n-диодов носителями при прохождении высокочастотно

сигнала.

Создание открытого состояния p-i- -п-диодов 3, 6, 9, 11, 13 и 16 обеспечивается током прямого смещения, протекающим по цепям, образованным развязывающими фильтрами 11-22, переменными резонаторами 23-28, осуществляющими индивидуальную настройку по току прямого смещения каждого

p-i-n-диода, и развязьшающими фильтрами 43-48, Такая индивидуальная настройка позволяет улучшить в целом линейность всего устройства за счет компенсации разброса вольт-амперных

характеристик используемых p-i-n- диодов ,

При подаче запирающего напряжения на управляющий ключевой элемент 29 прекращается подача тока прямого смещения на p-i-n-диоды 3, 6, 9, 11, 13, 16, в результате чего за счет рекомбинации носителей заряда в достаточно протяженной i-области сопротивление p-i-n-диодов 3, 6, 9, 11, 13 и 16 возрастает. При этом дополнительные поступления неосновных носителей отсутствуют, так как отсутствует как прямой, так и обратный ток . смещения, сопротивление p-i-n-диодов

высокочастотньш сигнал передается с входной шины 49 на выходную шину 50 с большим ослаблением.

Таким- образом, использование пред- 5 ложенного устройства позволяет повысить мощность коммутируемого ВЧ-сигнала в 1,5-2 раз. При этом уровень нелинейных искажений снижается на 12-15 дБ,

Формула изобретения

1, Электронный высокочастотньй коммутатор, содержащий первый и второй высокочастотные каналы, каждый из которых содержит включенный между первыми обкладками конденсаторов р-1-п-диод, к аноду которого подключен первый вывод соответствующего развязьшающего фильтра, к катоду р-1-п-диода первого высокочастотного канала подключен первый вывод другого развязьшающего фильтра, p-i-n-диоды первого и второго высокочастотного

канала включены противоположно, вход- 55 дуктивности - с второй обкладкой перную и выходную шины, управляющий ключевой элемент, соединенный первым коммутирующим вьтодом с первой шиной источника питающего напряжения, три основных катзтики индуктивности, два разделительных конденсатора, первыми обкладками подключенные к общей , пять токозадающих резисторов, отличающийся теМэ что, с целью уменьшения нелинейных искажений и повышения допустимого уровня коммутируемых сигналов, дополнительно введены повышающий входной и понижающий

вого конденсатора первого дополнительного высокочастотного канала, второй крайний вьшод вторичной обм ки повьш1ающего трансформатора соед нен с вторыми обкладками первых ко Денс аторов второго и третьего допо нительных высокочастотных каналов через третью основную катушку инду тивности - с второй обкладкой перв го конденсатора четвертого дополни тельного высокочастотного канала, вторая обкладка второго конденсато первого высокочастотного канала че рез первую дополнительнзш) катушку

выходной трансформаторы, два инвертирующих трансформатора, допохгаительный зо дуктивности подключена к первому токозадающий резистор, три дополни- крайнему вьгооду первичной обмотки тельных катушки индуктивности, четыре дополнительных высокочастотных канала аналогичных первому, а во втором высокочастотном канале к катоду p-i-n-диода подключен первый вывод дополнительного развязьюающего фильтра, причем в первом и третьем дополпонижающего трансформатора, подклю ченному к второй обкладке второго конденсатора второго высокочастотн

35 го канала и к общей шине через вых ную обмотку первого инвертирующего трансформатора, входная обмотка ко торого одним выводом соединена с о щей шиной, - через вторую д

нительных высокочастотных каналах p-i-n-диоды включены согласно с p-i-n-гдиодом второго высокочастотного канала, во втором и.четвертом дополнительных высокочастотных каналах p-i-n-диоды включены согласно с

Р-1-П-ДИОДОМ первого высокочастотно- 5 трансформатора соединен с второй об- го канала, развязьшающие фильтры, кладкой второго конденсатора четвер- подключенные первым вьшодом к катодам того дополшительного высокочастотно- p i n-диoдoв, вторым вьшодом соединены с общей шиной, подключенной к втого канала, через третью дополнительную катушку индуктивности - с второй рой шине питающего напряжения, вторые 50 обкладкой второго конденсатора тре- вьшоды остальных развязывающих фильт- тьего дополнительного высокочастотного канала и через выходную обмотку второго инвертирующего трансформатора - с общей шиной, входная обмотка 55 которого подключена между общей ши- ной и второй обкладкой вто ров через соответствующие токозадаю- щие резисторы соединены с вторым коммутирующим вьшодом управляющего ключевого эпем0кта, первичная обмотка повьппающего трансформатора подключена между входной и общей шинами вторичная обмотка повмпающего и первичная обмотка понижающего трансфоррого конденсатора первого до полнительного высокочастотного канала.

маторов подключены средним вьтодом к второй обкладке соответствующего разделительного конденсатора, вторичная обмотка понижающего трансформатора подключена между выходной и общей шинами, первый крайний вывод вторичной обмотки повышающего трансформатора соединен с второй обкладкой первого конденсатора первого высокочастотного канала, через первую основную катушку индуктивности - с второй обкладкой первого конденсатора второго высокочастотного канала и через вторую основную катушку ин

вого конденсатора первого дополнительного высокочастотного канала, второй крайний вьшод вторичной обмотки повьш1ающего трансформатора соединен с вторыми обкладками первых кон- Денс аторов второго и третьего дополнительных высокочастотных каналов и через третью основную катушку индуктивности - с второй обкладкой первого конденсатора четвертого дополнительного высокочастотного канала, вторая обкладка второго конденсатора первого высокочастотного канала через первую дополнительнзш) катушку индуктивности подключена к первому крайнему вьгооду первичной обмотки

дуктивности подключена к первому крайнему вьгооду первичной обмотки

понижающего трансформатора, подключенному к второй обкладке второго конденсатора второго высокочастотного канала и к общей шине через выходную обмотку первого инвертирующего трансформатора, входная обмотка которого одним выводом соединена с общей шиной, - через вторую до-

полнительную катупку индуктивности - с второй обкладкой второго конденсатора второго дополнительного высокочастотного канала, второй крайний вьшоД первичной обмотки понижающего

рого конденсатора первого до полнительного высокочастотного канала.

71293836а

2, Устройство по п. 1, о т л и -юшие резисторы выполнены перечаюшееся тем, что токозада-менными.

Изобретение относится к области радиотехники. Может быть использовано в мощных радиопередающих устройствах. Цель изобретения - уменьшение нелинейных искажений и повьшение допустимого уровня коммутируемых сиг- налЬв. В устройство введены четыре высокочастотных канала (ВЧ-канала), повышающий входной трансформатор 1, понижающий выходной трансформатор 34, два инвертирующих трансформатора 35, 39, Устройство содержит: два ВЧ- канала, конденсаторы 2, 31, 5, 33, 8, 40, 10, 41, 12, 36, 15, 38, p-i- п-диоды 3, 6, 9, II, 13, 16, катушки 32, 4, 7, 42, 37, 14 индуктивности соответственно в каждом ВЧ-кана- ле, развязывающие фильтры 17-22, 43- 48, переменные токозадающие резисторы 23-28, управлякш1ий ключевой элемент 29. На чертеже также показаны клеммы подключения устройства: источник 30 питания, входная шина 49, выходная шина 50, разделительные конденсаторы 51, 52 для заземления средних точек повышакяцих обмоток входного и выходного трансформаторов. Введение в устройство дополнительных элементов с новыми взаимосвязями позволяет повысить мощность коммутируемого ВЧ-сигнала в 1,5-2 раза и снизить уровень нелинейных искажений на 12-15 дБ. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. (Л N9 00 00 со О

26

Составитель Л. Багян Редактор Л. Повхан Техред В.Кадар Корректор Е, Сирохман

396/59

Тираж 902 Подписное ВНИИГТИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4