СВЧ-выключатель Советский патент 1993 года по МПК H01P1/15 

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в радиоприемных и радиопередающих устройствах, в том числе в высокоскоростных устройствах передачи цифровой информации.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в выключателе СВЧ-мощности, содержащем отрезок прямоугольного волновода с диэлектрической подложкой в поперечном сечении, вводится полевой транзистор с барьером Шоттки (ПТШ). На первой поверхности подложки размещены контактная площадка для подачи сигналов управления, первая и вторая металлические полоски, установленные перпендикулярно широким стенкам отрезка прямоугольного волновода на его поперечной оси симметрии и подключенные первыми концами к первым концам третьей и четвертой металлических полосок соответственно, установленных параллельно широким стенкам отрезка прямоугольного волновода, при этом вторые концы первой и второй металлических полосок подключены к металлизации, выполненной на первой поверхности диэлектрической подложки по ее периметру. Электроды истока и стока полевого транзистора подключены соответственно ко вторым концам третьей и четвертой металлических полосок, а электрод затвора подключен к контактной площадке, и в первой или во второй металлической полоске выполнена по крайней мере одна поперечная щель, играющая роль последовательно включенной емкости. Число поперечных щелей и их ширина выбираются из условия получения максимума запирания на рабочей частоте при подаче отрицательного управляющего напряжения на затвор полевого транзистора.

На фиг. 1 показана конструкция СВЧ- выключателя; на фиг.2 - его эквивалентная схема.

Устройство содержит металлические полоски 1; область металлизации 2; метал5

t

00

I

со ел

лические полоски 3: диэлектрическую подложку 4; контактную площадку 5; проволочный вывод 6; зазор в слое металлизации 7; полевой транзистор с барьером Шоттки (ПТШ) 8 и поперечные щели 9 (на фиг.1 представлен для примера случай двух щелей, прорезанных только в одной из полосок 1). Если щели выполнены в обеих полосках 1, то для замыкания цепи тока управления известными способами вводится дополнительный полосковый проводник, соединяющий полоску 1 с областью металлизации 2 и нанесенный на той же поверхности диэлектрической подложки 4. .

Устройство работает следующим образом. При постоянном напряжении смещения на затворе равном нулю, импеданс полевого транзистора ZT мал и определяется в основном сопротивлением открытого канала транзистора сток-исток. Этот импеданс трансформируется линией передачи, образованной металлическими полосками 3 (см.фиг.1), и в точках аб, показанных на фиг.2, соответствующих соединению металлических полосок 3 и металлических полосок 1, входной импеданс габ должен быть на рабочей частоте fo весьма высоким. Длина I указанной линии определяется из соотношения:

i

150 arctg /Л-ToLs foVEeff

где Zci - характеристическое (волновое) сопротивление линии, образованной третьей и четвертой металлическими полосками, Ом;

Јeff - эффективная диэлектрическая проницаемость подложки;

Ls - индуктивность выводов ПТШ, нГн.

Частота fo в (1) выражена в гигагерцах, длина I - в миллиметрах. При индуктивности выводов транзистора Ls, стремящейся к нулю, длина I близка к четверти длины волны в линии передачи, образованной полосками 3. В этом случае обеспечивается на рабочей частоте минимум потерь пропускания. При отрицательном постоянном напряжении смещения, большим по абсолютной величине напряжения отсечки, импеданс транзистора ZT велик. Он в этом случае определяется в основном емкостью сток-исток и параллельно подключенными к ней последовательно соединенными емкостями сток-затвор и затвор-исток. Для получения максимума по- . терь запирания на той же рабочей частоте fo необходимо создать резонанс последовательного типа между суммарным индуктивным сопротивлением полосок 1, реактивной компонентой входного импеданса Za6 и компенсирующей реактивностью JX, последовательно включенной в одну из проводящих полосок 1. Входной импеданс Za6 при длине I, определяемой уравнением (1), имеет индуктивный характер (с учетом емкости транзистора, включенной на конце линии передачи), поэтому компенсирующая реактивность JX должна иметь емкостный характер. Роль такой реактивности играют поперечные щели 9 (фиг.1), образующие суммарную емкость С (см.фиг.2). Значение емкости С в соответствии с этим определяется из соотношения:

1

Ј 2;rcfoL + lm(Za6),

(2)

где lm(Zae)- реактивная составляющая входного сопротивления в сечении аб. При пренебрежении активной составляющей входного импеданса значение емкости С определяется уравнением:

159,155/fom Wf

С -

ITT i -L Ls с° 2et/X| s

Mtt0L I ------rp--тгт-------Г

Aco/ALs

30

гдеХи 2;тгтоЦ;

Xco-

159,155

,(Gic

СэиС:

Сзс+С

зиУ

Сие - емкость исток-сток, п.Ф; С зи - емкость затвор-исток, пФ; Сзс - емкость затвор-сток, пФ;

L - суммарная индуктивность полосок 1, нГн; (единицы измерения остальных величин те же, что и в (1)).

Выбирая ширину и количество щелей 9, добиваются максимума потерь запирания

на рабочей частоте, т.е. производят частотное совмещение режимов пропускания и запирания СВЧ-сигнала.

Предлагаемая конструкция позволяет обеспечить симметрию относительно поперечной оси волновода, благодаря чему подключение проволочного ввода 6 к контактной площадке 5 не сопровождается утечкой СВЧ-энергии по этому выводу. Ввиду этого не требуется применение дополнительных СВЧ дросселей в цепи управления. Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает достижение технико-экономического эффекта - увеличения быстродействия при обеспечении интегрализации конструкции выключателя. Преимуществом

данного устройства в сравнении с аналогичными, использующими варакторные диоды, являются повышенная рабочая мощность и низкая мощность, требуемая для управления. Предложенное устройство может быть выполнено также на основе технологии монолитных СВЧ-схем.

Формул а и зобретения

СВЧ-выключатель, содержащий отрезок прямоугольного волновода с диэлектрической подложкой в поперечном сечении, на лицевой поверхности которой размещена первая и вторая металлические полоски, которые установлены перпендикулярно широким стенкам отрезка прямоугольного волновода на его поперечной оси симметрии и подключены первыми концами к первым концам третьей м четвертой металлических полосок соответственно, установленных па5

0

раллельно широким стенкам отрезка прямо- угольного волновода, а второй конец третьей металлической полоски подключен к первому электроду полупроводникового элемента, при этом вторые концы первой и второй металлических полосок подключены к металлизации, выполненной на первой поверхности диэлектрической под/Гожки по ее периметру, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, полупроводниковый элемент выполнен в виде полевого транзистора с барьером Шоттки, который вторым электродом подключен к второму концу четвертой металлической полоски, а управляющим электродом - к введенной контактной площадке, размещенной на лицевой стороне диэлектрической подложки и соединенной с управляющим источником, при этом в первой и второй металлических полосках выполнено по крайней мере по одной поперечной щели.

Использование: изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в качестве выключателя в радиоприемных и радиопередающих устройствах, в том числе в высокоскоростных устройствах передачи цифровой информации. Сущность изобретения: с целью повышения быстродействия в качестве полупроводникового элемента выбран полевой транзистор с барьером Шотт- ки, включенный в электродинамическую систему типа пол у решетки, размещенной в поперечном сечении прямоугольного волновода на диэлектрической подложке. 2 ил.

Фиг. /

..