Аттенюатор Советский патент 1993 года по МПК H01P1/22 

Изобретение относится к радиоэлектронике и СВЧ и может быть использовано для регулирования уровня мощности.

Целью изобретения является повышение допустимой входной мощности аттенюатора.

Поставленная цель достигается тем, что в аттенюатор, содержащий четыре четвертьволновых отрезка линий передачи, причем между в ходом и выходом аттенюатора включен первый отрезок, к концам которого одними электродами подключены два лолупроводниковых диода, другие электроды диодов соединены со вторыми отрезками, а свободные концы этих отрезков подключены к концам третьего отрезка, введены два резистора, включенные на концах третьего отрезка, причем свободные выводы резисторов соединены с общей шиной, а волновое сопротивление Zc2 вторых отрезков и сопротивление R резисторов выбраны из соотношений;

00

00

с

4

Zc2

V

(D

Zc3

Рвх/2 Ррас - 1

где Zc, Zc3 - волновые сопротивления первого и третьего отрезков линий соответственно, Рвх - заданная величина максимальной мощности аттенюатора, Ррас - допустимая рассеиваемая мощность для полупроводникового диода. . .

Величину волнового сопротивления третьего отрезка ZC3 следует выбирать по возможности меньшей для увеличения ши- рокополосности предлагаемого аттенюатора.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема аттенюатора; на фиг.2 - пример практической реализации аттенюатора в микрополосковом исполнении.

Аттенюатор содержит первый отрезок линии передачи 1, вторые отрезки 2, 3, третий отрезок 4, полупроводниковые диоды 5, 6, резисторы 7, 8 диэлектрическую подложку 9, четвертьволновые отрезки линий 10- 14, отрезок линии 15, контактные площадки 16, 17, металлизированное отверстие 18 в подложке.

Устройство работает следующим образом; При нулевом или обратном смещении на диодах 5,6 они находятся в высокоомном состоянии, и, благодаря малой емкости диодов, отрезки линий 2, практически отключены от отрезка передачи 1. СВЧ-сигнал с малыми потерями проходит со входа на выход аттенюатора. При подаче на каждый из диодов 5, 6 постоянного тока прямого смещения 10 импедансы диодов снижаются, оставаясь при этом одинаковыми. По мере увеличения тока 0 ослабление, вносимое аттенюатором в СВЧ-тракт, возрастает вплоть до максимального значения.

Покажем, при каких значениях параметров элементов заявляемый аттенюатор работает в режиме согласования. Входное сопротивление ZBx аттенюатора может быть записано в виде:

несложных преобразований получается выражение (1). Следовательно, заявляемый аттенюатор согласован по входу и, в силу симметрии принципиальной схемы, по вы5 ходу, если волновое сопротивление отрезков линий 2, 3 определено по формуле (1). Таким образом, аттенюатор работает в режиме согласования при любых значениях

. сопротивлений R резисторов 7,8 и при всех

Ю величинах импедансов диодов Zfl, то есть во всем диапазоне вносимых ослаблений.

Введение резисторов 7,8 позволяет повысить допустимую рассеиваемую мощность аттенюатора за счет снижения доли

15 входной мощности, рассеиваемой в диодах 5, 6. Значения мощностей, рассеиваемых в каждом из диодов 5, 6, одинаковы и определяется по формуле:

расе :

4 Рд Zc Рвх

I 2ZA+ZC + ZcZc3/R

.2

(4)

где Рвх - мощность на входе аттенюатора, RA Действительная часть импеданса диода Zfl. При достаточно больших значениях ослабления аттенюатора, когда импеданс диодов невелик, возможно положить:

30

ZA «Рд.

(5)

Доля рассеиваемой в диоде мощности по отношению к входной мощности аттенюатора максимальна при условии:

Rx

fd + f

)

(6)

Подставляя значение Рд из (6) в (4) и 40 Учитывая соотношение (5), получаем выражение для определения максимального значения рассеиваемой в диоде мощности:

Р -

г расе- -гвх

1 + Zc3/R

(7)

Использование: изобретение относится к радиоэлектронике СВЧ и может быть использовано в качестве аттенюатора. Сущность изобретения: аттенюатор, содержащий первый, второй, третий и четвертый четвертьволновые отрезки линий пе- редачи 1-4, причем между входом и выходом включен отрезок 1, к концам кото- . рого одними электродами подключены по- лупроводниковые диоды 5, 6, другие электроды диодов соединены с отрезками 2, 3 соответственно, а другие концы отрезков 2, 3 подключены к концам отрезка 4. Для повышения допустимой мощности введены резисторы 7,8, подключенные одними выводами к концам отрезка 4, а другими - к общей шине. При этом волновые сопротивления отрезков 2, 3 и сопротивления резисторов 7, 8 выбраны из приведенных соотношений. При нулевом или обратном смещении диоды 5,6 находятся в высокоим- педансном состоянии, и аттенюатор вносит в тракт малые потери. При подаче на диоды 5, 6 постоянного тока прямого, смещения импедансы диодов 5, 6 снижаются. ЛсГмере увеличения тока вносимое ослабление аттенюатора возрастает вплоть до максимального значения, при этом аттенюатор работает в режиме согласования по входу и выходу. Повышение допустимой входной мощности аттенюатора достигается за счет снижения мощностей, рассеиваемых в диодах 5, 6. 2 ил. W Ј

-вх

A -Zc+ZcaZcsZ/R

ZJ2 2 Zc3 ZA + Zc3 Zc 2д Zc3 Zc + Zfl Zc3

Zc3

z&

где Zg - импеданс любого из диодов 5, 6.

Для обеспечения согласования необходимо, чтобы выполнялось условие ZBX Zc, с учетом которого из соотношения (3) после

Из соотношения (7) вытекает формула (2) для определения требуемой величины сопротивления R резисторов 7, 8. При умень50 шении сопротивления R рассеиваемые в диодах 5, 6 мощности, в соответствии с (7), снижаются, что позволяет повысить допустимую входную мощность аттенюатора. Аттенюатор реализован в микрополо55 сковом исполнении на диэлектрической подложке 9 из поликора толщиной 1 мм. Отрезки линии передачи 1, 2, 3, 4 имеют длину, равную четверти длины волны на рабочей частоте f - 3,2 ГГц. Волновое сопротивление отрезков линий 1,4 составляет 50

Ом, а отрезков 2,3-35 Ом. На краях отрезка 1 подключены одноименными электродами идентичные pin-диоды 5, 6 типа 2А517А. Резисторы 7, 8 выполнены в виде прямоугольных областей подслоя с высоким удельным сопротивлением. Четвертьволновые шлейфы 12,13 с низким волновым сопротивлением служат для заземления свободных выводов резисторов 7, 8 по СВЧ-тОку. Четвертьволновый шлейф 10 с высоким волно- вым сопротивлением и контактная площадка 17 с металлизированным отверстием 18 предназначены для соединения отрезка 1 с заземляющим основанием по постоянному току. Четвертьволновые шлейфы с высоким 11 и низким 14 волновым сопротивлением образуют ФНЧ и вместе с отрезком линии 15 и контактной площадкой 16 служат для подачи управляющего тока прямого смещения на дио- ды 5, 6.

Таким образом, заявляемый аттенюатор обеспечивает достижение технико-экономического эффекта, связанного с повышением допустимой входной мощности.

Вход

5

7

Формула изобретения Аттенюатор, содержащий первый, второй, третий и четвертый отрезки линий передачи четвертьволновой длины, при этом к концам первого, отрезка, которые являются входом и выходом i аттенюатора, одними электродами Подключены полупроводниковые диоды, другие электроды которых соединены с одними концами вторых отрезков, а другие их концы подключены к концам третьего отрезка, отличающийся тем, что, с целью повышения допустимой входной мощности, введены два резистора, которые включены между концами третьего отрезка и общей шиной, а волновое сопротивление вторых отрезков выбрано из соотношений

2С - волновое сопротивление первого отрезка;

Zc2 - волновое сопротивление вторых отрезков;

Zc3 волновое сопротивление третьего отрезка.

2с

Выхо

--J

{

Фие.1

V

9 46

Л fg fj

/ у у

фиг.2