Управляемый аттенюатор Советский патент 1992 года по МПК H01P1/22 

сл

с

Изобретение предназначено для использования в многоканальных измерительных и радиоприемных устройствах, а также системах с повышенными требованиями к стабильности фазочастотных характеристик. Цель изобретения - уменьшение зависимости фазового сдвига от уровня вносимого ослабления. Эта цель достигается введением в аттенюатор Т-образного фильтра нижних частот, совмещенного в себе функции линии задержки и цепи, компенсирующей влияние на фазочастотную характеристику аттенюатора паразитных параметров элементов с управляемым сопротивлением. Управляемый аттенюатор содержит элементы г управляемым сопротивлением 1,2,3 и 4, резисторы 5 и 6, конденсатор 7, катушки индуктивности 8 и 9. 6 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в многоканальных измерительных и радиоприемных устройствах и системах с повышенными требованиями к стабильности фазочастотных характеристик.

Известны управляемые аттенюаторы, содержащие параллельно и последовательно включенные диоды. Недостатком этих аттенюаторов является большая величина изменения наклона фазочастотной характеристики (ФЧХ), возникающего при регулировке вносимого ослабления.

Известны управляемые аттенюаторы, содержащие параллельно и последовательно включенные управляемые и корректирующие элементы. Корректирующие элементы (конденсаторы и катушки индуктивности) в известных аттенюаторах позволяют в 2-3 раза уменьшить изменение наклона ФЧХ. Однако это уменьшение достигается в небольшом диапазоне вносимых ослаблений (6-7 дБ).

Наиболее близким к предлагаемому аттенюатору является управляемый аттенюатор, содержащий включенные последовательно между входом и выходом первый и второй элементы с управляемым сопротивлением, первый и второй резисторы, первые выводы которых подключены соответственно ко входу и выходу, третий и четвертый элементы с управляемым сопротивлением, первые выводы которых подключены к общей шине.

Положительными свойствами известного аттенюатора являются согласование по входу и выходу и относительно большой диапазон вносимых ослаблений. Однако недостатком этого аттенюатора является большая величин) изменения наклона ФЧХ в диапазоне вносимых ослаблений.

Сл

Ј

Целью изобретения является уменьшение зависимости фазового сдвига от вносимых ослаблений в широком диапазоне этих ослаблений.

Для достижения поставленной цели в управляемый аттенюатор, содержащий включенные последовательно между входом и выходом первый и второй элементы с управляемым сопротивлением, первый и второй резисторы, первые выводы которых подключены соответственно к входу и выходу, третий и четвертый элементы с управляемым сопротивлением, первые выводы которых подключены к общей шине, введен Т-образный фильтр нижних частот, состоящий из конденсатора и идентичных первой и второй катушек индуктивности, при этом конденсатор подключен к точке соединения первого и второго элементов с управляемым сопротивлением и общей шине, первые выводы и второй катушек индуктивности подключены к точке соединения первого и второго элементов с управляемым сопротивлением, а вторые их выводы соответственно соединены с вторыми выводами первого и второго резисторов и с вторыми выводами третьего и четвертого элементов с управляемым сопротивлением, причем величина емкости конденсатора с и индуктивности I первой и второй катушек индуктивности выбраны из соотношений U- г-2сч/4, И. с 2сь

гдест, И, г--соответственноемкость, индуктивность и сопротивление в закрытом состоянии первого элемента с управляемым сопротивлением.

Использование Т-образных фильтров нижних частот (ФНЧ) является известным. Их используют, например, в качестве согла- сующе-трансформирующих цепей в усилителях и других устройствах. В предложенном решении ФНЧ совмещает в себе дву функции: во-первых, является звеном задержки, связывающим параллельные и последовательные плечи аттенюатора; во- вторых, конденсатор и катушки индуктивности ФНЧ являются корректирующими элементами, то есть вносимый фильтром фазовый сдвиг равен по величине и противоположен по направлению изменению фазового сдвига аттенюатора, обусловленному влиянием паразитных реактивностей элементов с управляемым сопротивлением. Аналогичные решения авторам неизвестны. В связи с тем, что предложенное решение следует считать соответствующим критерию существенные отличия.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема управляемого аттенюатора; на фиг. 2 - пример управляемого аттенюатора при использовании в нем p-i-n

диодов в качестве элементов с управляемым сопротивлением (в аттенюаторе могут использоваться также переменные резисторы, оптроны, транзисторы в режиме управляемого сопротивления); на фиг. 3 эквивалентная схема предложенного аттенюатора с учетом паразитных параметров элементов с управляемым сопротивлением; на фиг. 4, 5 - эквивалентные схемы аттенюатора- в режимах минимального и максимального ослаблений соответственно; на фиг. 6 - фазовая характеристика передаточной функции аттенюатора.

Управляемый аттенюатор (фиг.З) содержит элементы с управляемым сопротивлением 1,2 и 3,4, резисторы 5 и 6, конденсатор 7, катушки 8,9 индуктивности.

Управляемый аттенюатор работает следующим образом. В режиме минимального ослабления сопротивления элементов 1 и 2

имеют наименьшие значения, а элементов 3 и 4 - наибольшие. По мере увеличения сопротивлений элементов 1 и 2 и уменьшения сопротивлений элементов 3 и 4 ослабление, вносимое аттенюатором, увеличивается.

Сопротивления резисторов 5 и 6 выбираются равными соответственно сопротивлениям источника сигнала и нагрузки, что обеспечивает согласование аттенюатора по входу и выходу в процессе регулирования

при соответствующем соотношении сопротивления элементов в последовательном и параллельном плечах.

Покажем, что предложенная схема управляемого аттенюатора отличается от известных малой зависимостью фазового сдвига от вносивого ослабления.

Фазовый сдвиг выходного сигнала аттенюатора относительно входного в диапазоне ослаблений определяется следующим

соотношением

Ay ( Zs , Zp , f )/( Zs mm , Zp max , f ) ( Zs max , Zp mm , f ) ,

где Zs, Zp - полные сопротивления элементов с управляемым сопротивлением соответственно в последовательном и параллельном плечах; индексы min и max 5 соответствуют минимальному и максимальному значениям резистивной составляющей полного сопротивления элемента с управляемым сопротивлением; f - частота. Из последнего выражения следует, что фазовый сдвиг в управляемом аттенюаторе

зависит от частоты, а также от уровня вносимого ослабления и определяется соотношениями между реактивной и резистивной составляющими полных сопротивлений управляемых элементов. Изменение фазового сдвига тем меньше, чем меньше отношение реактивной составляющей полного сопротивления управляемого элемента к резистивной. Уменьшение изменения фазового сдвига в предложенном устройстве достигается следующим образом.

Граничным значением (фиг. 4,5), определяющим переход от диапазона минимального ослабления ч максимальному является равенство характеристического сопротивления р элемента с управляемым сопротивлением его резистивной составляющей Rg, то есть

р Rg YLTc

где L и С - паразистные индуктивность и емкость элемента с управляемым сопротивлением. При Rg р характер полного сопро- тивления управляемого элемента индуктивный, а при Rg р - емкостной (фиг. 4,5). В диапазоне ослаблений 6-8 дБ введение конденсатора 7 и индуктивностей 3 и 9 приводит к образованию двул Г-образных звеньев ФНЧ LI, С 7/2 и , C7/2. При этом индуктивности La и Lg (фиг.4) включаются параллельно индуктивностям LI и L.2 соответственно через малые сопротивления RI + + Rs и R2 +Re, что повышает верхнюю граничную частоту аттенюатора, а это, в свою очередь, эквивалентно уменьшению изменения фазового сдвига при регулировании. Таким образом, вуказанном диапазоне ослаблений происходит компенсация паразитных индуктивностей диодов и .

При затуханиях больше 6-8 дБ причина уменьшения изменения фазового сдвига заключается в следующем. При минимальном ослаблении (фиг.4) сигнал от входа к выходу аттенюатора поступает по цепиРт, , С, L2, R2 и фазовая характеристика передаточной функции аттенюатора, определаяемая как отношение выходного напряжения к входному, изображена на фиг. 6 ( ). По мере увеличения затухания характер реактивного сопротивления последовательно включенных элементов с управляемым сопротивлением изменяется с индуктивного на емкостный, а параллельно включенных - с емкостного на индуктивный. В этом случае в известном аттенюаторе ( оо,) фазовая характеристика переместилась бы в положение тах (в сторону уменьшения величины фазового сдвига). Однако в данном

случае по мере увеличения затухания на его значение начинает влиять и второй путь передачи сигнала со входа на выход - Rg, Le, С, 1-9, Re, задержка сигнала по которому больше, чем по вышеописанному, так как

Yb Yti Cv/2

или

KUC7/2 Yl 2C7/2 ,

0)

поскольку задержка сигнала определяется по формуле

15

Тзэд VLC

Увеличение времени задержки сигнала приводит к увеличению фазового сдвига до значения (pi (фиг.6), так как

fOb

(р / Тзад d ft).

о

Таким образом, происходит компенсация фазового сдвига (ртах за счет (р2 и ФЧХ остается практически в первоначальном положении (рнач.

Определим, каким условиям должны удовлетворять элементы 7,8 и 9 для обеспечения минимума изменения фазового сдвига.

Для элементов с управляемым сопротивлением, используемых в аттенюаторах, обычно выполняется соотношение

(2)

Кроме того, для обеспечения согласования в схеме для последовательного канала передачи сигнала должно выполняться равенство

С7/2 Z0(3)

Сравнивая выражения 2 и 3, получим

2Li/C Li/Ci Откуда

C 2Ci,(4)

что также следует и из условия минимальности фазового сдвига.

Индуктивности фильтра LS и Lg должны выбираться так, чтобы не ограничивать полосу рабочих частот аттенюатора. Для этого частота среза С0ф фильтра Ls Lg С должна

быть не меньше верхней граничной частоты последовательного канала аттенюатора Шв

шй щ .

(5)

Верхняя граничная частота а)в определяется следующим образом

сов

R-C-i

(6)

где R- - сопротивление управляемого элемента в закрытом состоянии,

Ci - емкость диода.

Частота среза фильтра определяется следующим образом

щ

1

1

(7)

VLs С7/2 Су/2 Подставляя выражения 6 и 7 в 5, получим, с учетом выражения 4

U L9fR-2Ci/4.

Совместно с выражением 1 получаем условие выбора индуктивностей Le и Lg

u R-Ci/4, L8 Li .

Обычно U (3-5)Li.

Таким образом, в предложенной совокупности признаков элементы введенного Т-образного фильтра нижних частот совмещают функции компенсации паразитных параметров элементов с управляемым сопротивлением и фазового сдвига аттенюатора. Это обеспечивает уменьшение изменения фазового сдвига во всем диапазоне

5

вносимых аттенюаторов ослаблений, что недостижимо в прототипе и других известных устройствах.

Формула изобретения

Управляемый аттенюатор, содержащий включенные последовательно между его входом и выходом первый и второй элементы с управляемым сопротивлением,первый

и второй резисторы, первые выводы которых подключены соответственно ко входу и выходу, третий и четвертый элементы с управляемым сопротивлением, первые выводы которых подключены к общей шине, о тличающийся тем, чго, с целью уменьшения зависимости фазового сдвига от вносимого ослабления, введен Т-образный фильтр нижних частот, состоящий из конденсатора и идентичных первой и второй катушек индуктивности, при этом конденсатор подключен к точке соединения первого и второго элементов с управляемым сопротивлением и общей шине, первые выводы первой и второй катушек индуктивности подключены к точке соединения первого и второго элементов с управляемым сопротивлением, а вторые их выводы соответст- ве.нно соединены с вторыми выводами первого и второго резисторов и с вторыми

выводами третьего и четвертого элементов с управляемым сопротивлением, причем величина емкости конденсатора С и индуктив- ности L первой и второй катушек индуктивности выбраны из соотношений

L R-2Ci/4;

L Li; C 2Ci,

где Ci, Li, R - соответственно емкость, индуктивность и сопротивление в закрытом

состоянии первого элемента с управляемым сопротивлением.

0

(риг 1

s CZh

HI

Ј

Ж JL «

, .

V J

лАп ти«MraLi ммЬ

Ј

ь

.Ј

e.J

Фиг.

R5

фиг-S.

аи

i

Я

HW.

Фиг. 6