Выключатель Советский патент 1992 года по МПК H01P1/15 

(Л

С

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах управления амплитудой сигналов. Цель изобретения - увеличение коммутирующей мощности выключателя без увеличения тока управления и без снижения надежности. При запертых коммутирующих диодах они образуют с перемычкой последовательный резонансный контур. В результате щели оказываются закороченными, и сигнал на выход не проходит. Увеличение проходящей мощности обеспечивается за счет увеличения числа последовательных контуров, на которых делится напряжение сигнала. При отпертых коммутирующих диодах перемычки образуют с емкостями щели параллельный контур. При этом сигнал проходит на выход с минимальными потерями. 2 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в различных управляющих устройствах СВЧ-диапазона - коммутаторах каналов, фазовращателях, ограничителях мощности и др.

Известен волноводный инверсный СВЧ- выключатель, в виде установленной поперек волновода металлической диафрагмы со щелью, в которую включены полупроводниковые pin-структуры (Вайсблат А.В. Коммутационные устройства СВЧ на п/п диодах. М.: Радио и связь, 1987, с. 50, рис. 2,28).

Однако эта конструкция имеет довольно низкую допустимую импульсную мощность, поскольку все напряжение, развиваемое СВЧ-мощностью на противоположных стенках волновода, оказывается приложенным к одной щели и может вызвать пробой pin-диодов, подключенных к этой щели.

Более высокой импульсной мощностью обладает выключатель в виде диафрагмы с несколькими параллельными щелями, в каждую из которых включены pin-диоды (авт.св. №535635, кл. Н 01 Р 1/15, 1976). Это позволяет увеличить допустимую СВЧ-мощ- ность, так как развиваемое ею напряжение делится между всеми щелями, за счет чего напряжение на отдельных pin-диодах уменьшается. Кроме того, в этой конструкции может быть расширен диапазон рабочих частот за счет применения щелей различной длины. Данная конструкция выбрана в качестве прототипа

Недостатком описанной многощелевой конструкции является увеличение тока управления выключателем вследствие увеличения числа pin-диодов Кроме того,

XI XI

N

6

увеличение числа pin-диодов приводит к снижению надежности.

Цель изобретения - увеличение коммутируемой мощности без увеличения тока управления и без снижения надежности.

Указанная цель достигается тем, что в выключателе, содержащем отрезок прямоугольного волновода, в поперечном сечении которого установлена металлическая щелевая диафрагма, коммутирующие диоды, которые размещены в щелях, параллельных широким стенкам отрезка прямоугольного волновода, в металлической диафрагме между щелями выполнены дополнительные щели, параллельные широким стенкам отрезка прямоугольного волновода, на краях установлены дополнительно введенные конденсаторы, соединенные перемычками. При этом емкость конденсаторов Ск выбирают из условия:

о (1)

где Ln - индуктивность перемычки; со- рабочая частота. Предлагаемый выключатель работает в резонансном инверсном режиме. Состояние запирания выключателя реализуется при подаче на pin-диоды напряжения обратной полярности. При этом в каждой щели с pin-диодами емкость обратносмещенных диодов и индуктивность соединяющей их перемычки образуют на рабочей частоте последовательный резонансный контур, очень малое сопротивление которого закорачивает щель. В силу выполнения условия (1) такие же резонансные контуры образуются в щелях с конденсаторами. В результате все щели оказываются закороченными, и реализуется запирание.

Величина допустимой импульсной мощности Ри в инверсном выключателе лимитируется именно состоянием запирания, так как СВЧ-напряжение 1)Свч рт, развиваемое на выключателе, может вызвать пробой обратносмеш.енных диодов (при прямом смещении пробой в диодах не возникает). Поскольку часть напряжения Усвч падает на дополнительно введенных щелях с конденсаторами, то напряжение, приходящееся на каждый из диодов, уменьшается, и подаваемая на выключатель мощность может быть увеличена.

Состояние пропускания выключателя реализуется при подаче на pin-диоды прямого смещения. При этом Цепочка pin диодов в щели представляет собой некоторую эквивалентную индуктивность, которая вместе с емкостью щели образует параллельный резонансный контур. Этот контур обладает высоким резонансным сопротивлением, которое практически не шунтирует щель, и СВЧ-сигнал проходит через щель с малыми потерями. В щелях с конденсаторами остаются последовательные резонансные контуры, и СВЧ-сигнал через эти щели не проходит. Однако за счет малого сопротивления последовательных контуров на них падает незначительная часть СВЧ-на- пряжения, что практически не влияет на

0 уровень потерь.

Поскольку на цепочки с конденсаторами никакого питания не подается, полученное увеличение допустимой импульсной мощности достигается без увеличения тока

5 управления. А поскольку конденсатор имеет более высокую надежность, чем pin-диод, введение добавочных щелей с конденсаторами практически не снижает надежности выключателя.

0 Сопоставление с прототипом показывает, что отличительными признаками данного выключателя являются добавочные щели с включенными в них конденсаторами, емкость которых Ск выбирают из условия (1).

5 Нафиг.1 показан предлагаемый выключатэль применительно к миллиметровому

диапазону длин волн; на фиг.2 изображены

схемы, поясняющие работу выключателя.

Приведенная на фиг.1 конструкция вы0 полнена в канале 7,2x3,4 мм и является - СВЧ-выключатслем в миллиметровом диапазоне. Диафрагма 1 (на фиг.1 ее поверхность выделена редкой штриховкой) помещена поперек волновода 2. В диафрагме парал5 лельно широкой стенке волновода выполнены две щели 3, на краях которых установлены pin-диоды 4, попарно соединенные между собой перемычками 5, К перемычкам подключены проволочные

0 выводы б для подачи на диоды напряжения питания Do. Между щелями 3 введена добавочная щель 7 с установленными на ее краях конденсаторами 8, соединенными между собой перемычкой 9. Вследствие малого по5 перечного размера волноводного канала конденсаторы расположены на диафрагме не на стороне pin-диодов, а с обратной стороны, (В каналах большого размера конденсаторы и pin-диоды могут быть расположены на од0 ной стороне диафрагмы).

Все цепочки с диодами и конденсаторами были расположены в центре щелей. Индуктивность перемычек (Ln и Lno) рассчитывали по формуле

5 ,2l(ln -+1,193 + 0,224), мм

где I - длина перемычки, (о- ширина перемычки.

Необходимую емкость конденсаторов определяли по формуле (1). Конструктивно конденсаторы были выполнены в виде прямоугольных керамических пластин (пол- икор) с металлизированными основаниями.

Работает выключатель следующим образом. При подаче на диоды обратного смещения Uo 0 они представляют собой некоторую эквивалентную емкость LA (Фиг 2а). Величину этой емкости подбирают таким образом, чтобы два последовательно соединенных диода и перемычка 5 с индуктивностью Uo составили на заданной рабочей частоте ftfc последовательный резонансный контур, т.е.

ОА

V.

Lno

Сд

В силу выполнения условия (1) в дополнительной щели образуется аналогичный резонансный контур. Сопротивление последовательного контура при резонансе очень мало В результате все три щели оказывают- ся закороченными и реализуется состояние затирания. За счет увеличения числа контуров в делителе СВЧ-напряжения допустимая импульсная мощность увеличивается.

При подаче на диоды прямого смещения Uo 0 представляют собой очень малое активное сопротивление, и индуктивности перемычек Uo оказываются замкнутыми на края щели (рис.2б). Ширину щели выбирают такой чтобы емкость щели Сщ подчинялась условию Сщ Ся/2. При этом индуктивность перемычки и емкость щели образуют на ра

бочей частоте параллельный резонансный контур, поскольку

- ОА,

0

5

0

ъ

30

35

Сопротивление параллельного контура на рабочей частоте очень велико, и этот контур практически не шунтирует щель. В результате СВЧ-сигнал проходит через щели с диодами с малыми потерями, и реализуется состояние пропускания. Поскольку при этом на конденсаторы в дополнительной щели питание не подается, ток управления не увеличивается.

Формула изобретения Выключатель, содержащий отрезок прямоугольного волновода, в поперечном сечении которого установлена металлическая щелевая диафрагма, коммутирующие диоды, которые размещены в щелях, параллельных широким стенкам отрезка прямоугольного волновода, отличающийся тем что, с целью увеличения коммутирующей мощности без увеличения тока управления и без снижения надежности, в металлической диафрагме между щелями выполнены дополнительные щели, параллельные широким стенкам отрезка прямоугольного волновода, на краях которых установлены введенные конденсаторы, соединенные перемычками, при этом емкость Ск конденсаторов выбирается из условия

о 2/U Ск /

где U - индуктивность перемычки; О) - рабочая частота.

Фиг.

VI

«Ч

-ш,

Фс,

ш,

.а)

щ,

«Г)Фиг. 2