Дискретный диодный СВЧ-фазовращатель Советский патент 1992 года по МПК H01P1/185 

Изобретение относится к регулируемым волноводным устройствам, а именно к дискретным фазовращателям с полупроводниковыми элементами, и может быть использовано в радиотехж вской аппаратуре СВЧ-диапазона

Известны конструкции волноводных секций с резонансными диафрагмами, содержащими полупроводниковые элементы, образующие nipln-структуру Такие секции используются в выключателях СВЧ мощности, главными характеристиками которых являются величины потерь в открытом и закрытом состояниях

Известна конструкция Фазовращателя типа нагруженной линии, содержащего отрезок прямоугольного волновода с резонансной диафрагг ой R диафрагме у одной из

узких стенок волновода установлены pin-диоды, р-контакты которых соединены проводом, подключенным к цепи питания через узкую стенку волновода. Вторая стенка выполнена в виде металлического ползуна.

Развитием этой конструкции является фазовращатель с pin-диодами у одной из узких стенок волновода, в котором с целью расширения полосы рабочих частот установлена металлическая перемычка, расположенная в плоскости поперечного сечения, проходящей через pin-диоды, С целью перестройки фазового сдвига эта перемычка может быть выполнена подвижной Ее перемещение приводит к изменению амплитуд волн высших типов и, г сдователь- но, к изменению связей между контурами эквивалентной схемы фазовращателя, что

Ч VI СП vj

Os

ю

позволяет установить требуемый фазовый сдвиг. Так как эквивалентная схема многоконтурная, фазовращатель более широкополосен, чем предыдущий.

В рассмотренных pin-диодных выключателях и фазовращателях использовались диоды типа 2А505А или 2А508А, образующие nipln-структуру, перемыкающую щель диафрагмы. Диоды этих типов имеют высоту 1 мм, емкость около 1 пФ и связанную с ней величину накопленного заряда около 200 нК. Время переключения этих диодов составляет - ТО мксек. Недостатком рассмотренных фазовращателей является низкое быстродействие, связанное с невозможностью использования в них малогабаритных диодов типа 2А517 или 2А543 с малым (1 Мксек.) временем переключения ввиду изменения электродинамических свойств системы. При креплении таких малоемкостных диодов (Сд 0,3 пФ) в преж- нюю диафрагму появляется отрезок провода, перемыкающий щель, в результате чего не удается получить требуемые параметры и электродинамические характеристики: согласование в двух состояниях фазовращателя и низкую величину затухания.

Целью изобретения являлось повышение быстродействия при использовании ма- лоемкостных р п-диодо°в в диапазоне фазового сдвига вносимого каждым модулем 5° р 525° и повышение механической прочности.

Это позволяет удовлетворить высокие требования по быстродействию к устройствам формирования и обработки сложных СВЧ сигналов, предъявляемые современными радиотехническими системами. Повышенное быстродействие, а также монолитное выполнение диафрагмы с диодами и их выводами, их герметизация расширяют область применения устройства, приводят к повышению его надежности и долговечности, уменьшают число отказов системы, повышают полезное время их функционирования и в результате экономят ресурсы.

В основе изобретения лежат следующие свойства предложенной конструкции Диафрагма с диодами является резонансной системой, причем каждому состоянию диодов соответствует свой резонанс параллельного типа. Выключенным диодам соответствует более высокая резонансная частота. Обе резонансные кривые пересекаются з центре рабочей полосы частот, причем углы наклона в точке пересечения в сумме равны 180° В предложенной конструкции модули производных по частоте резонансных характеристик в центре рабочей полосы минимальны. Требуемая величина фазового сдвига, вносимого диафрагмой,

определяется величиной ее КСВН на центральной частоте. Было найдено, что при увеличении параметров I или с (фиг.1) КСВН точки пересечения резонансных кривых возрастает, при этом меняется наклон кривых, а точка пересечения перемещается в область низких частот при увеличении I или в сторону высоких частот при увеличении с. Величина этого смещения составляет несколько процентов от центральной частоты

при изменении I или с на 1 мм. Одновременно изменяя I и с можно сохранять точку пересечения в центре рабочей полосы, меняя при этом уровень пересечения резонансных кривых. Таким образом достигается

управление величинами КСВН и фазового сдвига. При этом на центральной частоте величина КСВН одинакова для сопряженных состояний диафрагмы с диодами, причем емкостное и индуктивное состояния

дают одинаковые по модулю, но противоположные по знаку фазовые сдвиги.

В отличие от прототипа щель емкостной диафрагмы модуля снабжена двумя прямоугольными выступами, расположенными на противоположных кромках щели напротив друг друга между осью отрезка волновода перпендикулярно его широким стенкам и pin-диодами. Участок щели, включающий

pin-диоды, заполнен введенным диэлектриком. При этом параметры конструкции (фиг.1) удовлетворяют следующим соотношениям:

40

I

0,096 + 0,0074 р.

Ј а

0,039 + 0,01 (р-,

0

5

где

Ьо Ь

0.5; S.

0,435;

Ј а

/U

- 0,0435; а

0,087; 0,03; е 5,0; 2Н- 1,28. Здесь а и da

b - ширина и высота волновода, bo - ширина щели, с - расстояние от внутреннего края перемычки до боковой стенки волновода, d - толщина диафрагмы, t и Д - ширина выступов и величина зазора между ними, s - расстояние от диодов до выступов, I - расстояние от выступов до узкой стенки волновода, F. -относительнаядиэлектрическая проницаемость заполнения, До - центральная длина волны рабочего диапазона.

Конструкция диафрагмы представлена на чертеже, где приняты следующие обозначения: 1 - отрезок прямоугольного волновода, 2 - диафрагма, 3 - pin-диоды, 4 - отрезок провода, соединяющего диоды, 5 - вывод для подключения источника питания, 6 - выступы диафрагмы, 7 -- диэлектрическое заполнение, 8 - металлическая перемычка.

На основе этой конструкции были раз- работаны дискретные диодные СВЧ фазовращатели с управляемыми фазовыми сдвигами 90° и 45°, работающие в диапазоне частот 9,7 - 10,7 ГГц. Монтаж диодов конструкции типа А-2 или А-5, например 2А517А-2, выполнен на противоположных стенках щели диафрагмы путем образования из двух pin-диодов структуры с перемычкой, от которой отходит общий вывод питания пары диодов. Вывод питания че- рез узкую стенку волновода не должен вно- сить на СВЧ дополнительную паразитную реактивность, а СВЧ герметизация по выводу питания обеспечивается симметрией неоднородности по отношению к выводу. После этого область монтажа диодов, включая выступы щели диафрагмы, заливались клеем К-400 с диэлектрической проницаемостью Ј 5,0. При этом диоды оказывались полностью герметизированными. Характе- ристики такой конструкции имеют инверсный тип, т.е. в обесточенном состоянии диодов реактивность г.цуля имеет индуктивный характер, а во включенном состоянии - емкостной.

90°-ный разряд фазовращателя состоит из среднего модуля типа А и двух, расположенных по разные стороны от негр модулей типа А, отделенных от А отрезками волновода длиной Аь/4. Уровень пересечения ре- зонансных кривых соответствует для модуля А - КСВН - 2.0 ( р ±19,5°) и для модуля В - КСВН 1.51 (р ±11,5°). Параметры модулей:

А- 5.5 мм, с 5.4 мм, д 0

В - 4,2 мм, с 3,5 мм, д 0,6 мм. Остальные параметры принимают одинаковые значения для обоих модулей В0 5 мм, d t 1,0 мм, s 2 мм. Д- 0.7 мм.

45°-ный разряд состоит из двух модулей типа В, разделенных отрезком волновода Яь/4.

90°-ный разряд имеет в каждом из двух фазовых состояний величину рассогласования на одном из краев рабочей (10%-ной) полосы, характеризуемую КСВН 1.3.

Для состояния с включенными диодами это рассогласование ИМ.-РТ мпсго R высокочастотной области, а дня состояния с выключенными диодами - в низкочастотной. Соответственно на краю полосы возрастают суммарные потери, причем максимальная модуляция потерь при переключении не превышает 0,5 дБ Потери в центре рабочего диапазона 0,2 дБ, а модуляция отсутствует. Стабильность фазы во всем диапазоне не хуже, чем ±3°. Указанная геометрия модулей сохраняется для диодов с емкостями 0,3 пФ, К ним, помимо диодов 2А517, относятся диоды 2А543 с емкостями 0.15 пФ и высотой 0,2 мм. Время срабатывания фазовращателя на диодах 2А517 составляет 0,5 мксек. а на диодах 2А543 - 0,15 мксек. Формула изобретения Дискретный диодный СВЧ-фазовраща- тель, содержащий отрезок прямоугольного волновода с емкостной диафрагмой, поперек щели которой включены pin-диоды, р- контакты которых соединены проводом, подключенным к цепи питания через узкую стенку отрезка волновода, металлическую перемычку, расположенную в зазоре емкостной диафрагмы, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия при использовании малоемкостных pin-диодов в диапазоне вносимого фазового сдвига р, 5° (р 25°, увеличении механической прочности, щель емкостной диафрагмы снабжена двумя прямоугольными выступа- ми на противоположных кромках щели, один напротив другого, которые размещены между поперечной осью отрезка прямоугольного волновода и pin-диодами, а участок щели включающий pin-диоды заполнен введенным диэлектриком, причем

,096 + 0.0074 -ip.

с/а 0.039 + 0,01 р,

где ,5; b/a 0,435; d/a t/a 0,0435; s/a 0,087: Д/а 0,03: е- 5: Ло/а 1.28, где а и b - ширина и высота волновода;

bo - ширина щели;

с - расстояние от края диафрагмы;

d - толщина диафрагмы;

t и Д - ширина выступов и величина зазора между ними;

s - расстояние от диодов до выступов;

I - расстояние от выступов до узкой стенки волновода;

Ј- относительная диэлектрическая проницаемость заполнения;

А- центральная длина волны рабочего диапазона.

Использование: изобретение относится к технике СВЧ и быть использовано для дискретного изменения фазы сигнала. Сущность изобретения: в отрезке прямоугольного волновода с емкостной диафрагмой, поперек щели которой включены pin-диоды, р-контакты которых соединены проводом, подключенным к цепи питания через узкую стенку отрезка волновода, металлическую перемычку, расположенную в зазоре емкостной диафрагмы, для повышения быстродействия при использовании малоемкостных pin-диодов в диапазоне вносимого фазового сдвига р, 5° р 25° и увеличения механической прочности, щель емкостной диафрагмы снабжена двумя прямоугольными выступами, расположенными на противоположных кромках щели напротив друг друга между осью отрезка волновода перпендикулярно его широким стенкам и pin-диодами, а участок щели, включающий pin-диоды, Заполнен введенным диэлектриком. 1 ил. ел С