Электрически управляемый аттенюатор Советский патент 1992 года по МПК H01P1/22 

XI XI

сл XJ

Os

сл

Предлагаемо изобретение относится к технике управления мощностью высокочастотных колебаний и может быть использовано для регулирования амплитуды сигналов, передаваемых по СВЧ тракту.

Аттенюаторы, применяемые в современной технике СВЧ чаще всего выполняются на p-i-n-диодах и регулировка вносимого ослабления достигается за счет изменения управляющих токов через диоды. В настоящее время стоит задача создания хорошо согласованных аттенюаторов, имеющих большой динамический диапазон изменения вносимого ослабления и малую неравномерность частотных характеристик как по КСВ.так и по вносимому ослаблению. Известен СВЧ аттенюатор, в котором два p-i-n-диода включены встречно-последовательно между входом и выходом, а согласующий p-i-n-диод подключен через четвертьволновой трансформатор к точке соединения первых двух диодов. При этом управляющий ток через согласующий p-i-n- диод имеет в два раза большую величину чем в последовательных диодах. Это устройство имеет высокое качество согласова- ния, отличается простотой схемы управления, однако за счет емкостей диодов, включенных между входом и выходом, в дециметровом диапазоне длин волн имеет ограниченную величину максимального вносимого ослабления Кроме того, за счет низкого значения волнового сопротивления четвертьволнового трансформатора (из условия идеального согласования на центральной частоте оно должно быть равно /o/V2, где/ волновое сопротивление тракта СВЧ) высокое качество согласования будет обеспечено в ограниченной полосе частот.

Известен также СВЧ аттенюатор, содержащий два звена, каждое из которых выполнено на основе четвертьволнового отрезка линии передачи, к концам которого подключены четвертьволновые шлейфы, нагруженные на p-i-n-диоды и резисторы.

Рассматриваемый аттенюатор отличается высоким качеством согласования. Однако он не позволяет получить большого вносимого ослабления, поскольку четыре р- i-n-диода по цепи СВЧ-сигнала зашунтиро- ваны резисторами. При отсутствии управляющего тока только один средний шлейф с нешунтированным p-i-n-диодом бу- дот препятствовать прохождению сигнала го входа ня выход В этом случае практически н« ррзлизу зтоя вносимое ослабление fjonpf дЬ динамического диапа- для cof |x MPnnbix (,НЧ устройств ока- u.Hi.iiicq НРДССТ, юч1к Описываемое

устройство также имеет большие габариты за счет наличия 6 четвертьволновых шлейфов, что также приводит к сужению полосы рабочих частот.

Кроме того, известен электрически управляемый аттенюатор, являющийся прототипом предлагаемого изобретения, содержащий П-образное звено, в последовательном плече которого включено встречно-последовательно два p-i-n-диода, один из которых через конденсатор зашунтиро- ван резистором, а в параллельном плече последовательно включены n-l-n-диод, ет- вертьволновый отрезок линии передачи и

постоянный резистор.

Учитывая трансформирующие свойства четвертьволновых отрезков длинных линий, нетрудно показать, что коэффициент передачи данного аттенюатора описывается соотношением

Т -

1

2+2Za

О)

,га

где 2) «-т-гггг-R- нормированный к

I т) Ш U 3 Г

волновому сопротивлению тракта СВЧ импеданс p-i-n-диода;

ra Rd/ P нормированное активное сопротивление p-i-n-диода СВЧ сигналу;

R Э активное сопротивление p-i-n-диода СВЧ-сигналу;

р - волновое сопротивление тракта СВЧ;

C,j - емкость p-i-n-диода; W-частота СВЧ сигнала. Анализ соотношения (1) показывает, что при больших вносимых ослаблениях, когда РЭ - оо выражение для коэффициента передачи принимает вид:

Т

JftJCap 2 + j ш Сд р

(2)

50

45Для эффективного управления, т.е. для

получения достаточного динамического диапазона регулирования (более 25 дБ) необходимо выполнить условие а) 1. В этом случае соотношение (2) может быть упрощено

Т 2

2

(3)

55Заметим, что соотношение (3) является

асимптотическим пределом максимального вносимого ослабления (минимум Т), которое определяется значением а) и величиной емкости диода С,) Таким образом и вырэжрния (3) следует, что получение минимальной величины Т, т.е. наибольшего вносимого ослабления, ограничивается конечной величиной собственной емкости p-i-n-диода Q.

Из формулы ,3} также видно, что модуль коэффициента передачи /Т/ при R g - оо линейно зависит от частоты, что вызывает большую неравномерность частотных характеристик.

Целью предлагаемого изобретения яв- ляется увеличение вносимого ослабления при сохранении согласования в широкой полосе частот. Кроме того, предлагаемый аттенюатор отличается простотой схемы управления, отсутствием блокировочных дросселей и может быть использован в различных СВЧ трактах метрового и дециметрового диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в известный электрически управляемый ат- тенюатор, содержащий первый и второй р- i-n-диоды, включенные встречно-последовательно в линию передачи, и первый и второй четвертьволновые отрезки, одними концами подключенные к одному электроду третьего или четвертого p-i-n-диода, соответственно, а другими через резисторы подсоединены к другим электродам первого и второго p-i-n-диодов. соответственно, при этом первый, второй, третий, четвертый p-i- n-диоды подключены униполярно к источнику управления, к точке оединения первого и второго p-i-n-диодов подключен одним концом введенный третий четвертьволновой отрезок, волновое сопротивление кото- рого выбрано равным м,25-/э и который другим концом через веденный пятый p-i-n- диод подключен к общей шине, другие электроды третьего и четвертого p-i-n диодов соединены через введенные блокирующие конденсаторы с общей шиной, при этом пятый p-i-n-диод включен униполярно с первым, вторым, третьим, четвертым p-i-n-диодами по управлению, гдер- волновое сопротивление линии псоедачи.

На фиг.1 изображена принципиальная схема предлагаемого электрически управляемого аттенюатора. Предлагаемый СВЧ аттенюатор содержит p-i-n-диоды 1, 2, 3, 4, 5, четвертьволновые отрезки линий переда- чи 6, 7, 8, резисторы 9. 10. блокировочные конденсаторы 11, 12. 14. 15. линию передачи 13.

P-i-n-диоды 1, 2 включены встречно-последовательно в линию передачи 13,начало которой является входом аттенюатора, а конец - соответс.1 ненпо пыхо/юм FV-nvr..ip четвертьволновой отрезок n p-i г диод 3 г конденсатор 11 соединены последовлтел1 но и- включены между точкой соединен1.1 p-i-n-диода 1 с линией передачи 13 и шиной. Резистор 10, четвертьволновой о1 резок 7, p-i-n-диод 4 и блокировочный конденсатор 12 соединены последовательно - включены между точкой соединения p-i n- диода 2 с линией передачи 13 и общей шиной. Четвертьволновой отрезок 8 с волновым сопротивлением 1.25р и p-i-n- диод 5 соединены последовательно и включены между точкой соединения p-i-n-диодор 1 и 2 и общей шиной. Незаземленные об кладки блокировочных конденсаторов 11, 12 соединены между собой и подключены к источнику управляющего тока, по отношению к которому p-i-n-диоды 1.2,3,4,5 вклю- чены униполярно. Блокировочные конденсаторы 14. 15 включены соответственно между входом аттенюатора и началом линии передачи 13 и между выходом аттенюатора и концом линии передачи 13

Формула изобретения Электрически управляемый аттенюатор, содержащий первый и второй p-i-n-диоды, включенные встречно последовательно в линию передачи и первый и второй четвертьволновые отрезки, одними концами подключенные к одному электроду третьего или четвертого p-i-n-диода соответственно, а другими через резисторы подсоединены к другим электродам первого и второго p-i-n-диодов соответственно, при этом первый, второй, третий, четвертый p-i- n-диоды подключены униполярно к источнику управления, отличающийся тем. что. с целью увеличения вносимого ослабления при сохранении согласования в широкой полосе частот, к точке соединения первого и второго p-i-n-диодов подключен одним концом введенный третий четвертьволновый отрезок, волновое сопротивление которого выбрано равным 1,25pip - волновое сопротивление линии передачи) и который другим концом через введенный пятый p-i- n-диод подключен к общей шине, другие электроды третьего и четвертою p-i-n-диодов соединены через введенные блокирующие конденсаторы с мштп:. при этом пятый p-i-n-диод включен vmv.o.npHO с первым, вторым, третьим четнгршм рЧ-п-дио- дами по управлению.

Изобретение относится к технике управления мощностью высокочастотных колебаний и может быть использовано для регулирования мощности СВЧ-сигналов Целью изобретения является увеличение вносимого ослабления при сохранении согласования в широкой полосе частот. Аттенюатор содержит p-i-n-диоды 1, 2, 3, 4, 5, четвертьволновые отрезки линий передач 6, 7, 8, резисторы 9, 10, блокировочные конденсаторы 11.12,14,15, линию передачи 13 К точке соединения первого и второго p-t-n- диодов подключен одним концом третий четвертьволновый отрезок, волновое сопро- тивление которого выбрано равным 1,25/э, который через p-i-n диод 5 подключен к общей шине, что обеспечивает согласование в широком диапазоне изменения ослабления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил