ОГРАНИЧИТЕЛЬ МОЩНОСТИ СВЧ

Известны ограничители мощности СВЧ, применяемые для защиты малошумящих полупроводниковых усилителей приемников СВЧ от перегрузок при попадании на вход мощности своего передатчика.
Различают управляемые и неуправляемые (пассивные) ограничители мощности, описанные в литературе [Гасанов Л.Г. Липатов А.А. Марков В.В. Могильченко Н.А. Твердотельные устройства СВЧ в технике связи, Москва «Радио и связь» 1988. с.140,143]. В качестве управляемого ограничителя широкое применение нашла конструкция ограничителя работающая на отражение и представляющая собой отрезок линии передачи зашунтированный pin диодом, который может быть включен и выключен управляющим напряжением в нужные моменты времени. Достоинством управляемого ограничителя является хорошее быстродействие и малые прямые потери, а главным недостатком отсутствие ограничения мощности при исчезновении управляющего напряжения (аварийное обесточивание схемы или сбой синхронизации управляющего напряжения). Неуправляемый (пассивный) ограничитель мощности, представляющий собой отрезок линии передачи, параллельно которому включены pin диоды и диод Шоттки, соединенные встречно-параллельно, свободен от недостатков присущих управляемому ограничителю. Однако наличие высокой рассеиваемой мощности на pin диодах вследствие их неполного открытия обусловленного недостаточной величиной тока диода Шоттки не позволяет эффективно отражать большие мощности.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленной полезной модели является управляемый ограничитель мощности СВЧ с функцией пассивной защиты в обесточенном состоянии [патент на
ПМ РФ №68781 дата публикации 27.11.2007], содержащий отрезок линии передачи, параллельно которому включены pin диод и цепь детектирующего диода, соединенные встречно-параллельно, цепь детектирующего диода включена перед pin диодом на расстоянии L и содержит транзисторный ключ с ограничением тока, при этом расстояние L между pin диодом и детектирующим диодом определяется по формуле
где: Λ - длина волны в линии передачи;
0
Z - волновое сопротивление линии передачи;
0
I - ток ограничения транзисторного ключа;
I
P - максимальная входная мощность;
T
P - предельно допустимая мощность рассеяния транзисторного ключа,
Недостатком этого ограничителя является отсутствие ограничения входной мощности СВЧ при работе в управляемом режиме, в случае сбоя синхронизации управляющих сигналов.
Технической задачей полезной модели является обеспечение ограничения входной мощности СВЧ при работе ограничителя в управляемом режиме, в случае сбоя синхронизации управляющих сигналов.
Поставленная задача достигается тем, что в ограничителе мощности СВЧ содержащем отрезок линии передачи, параллельно которому включены соединенные встречно-параллельно pin диод и расположенная перед ним на расстоянии L цепь детектирующего диода с ограничителем тока на транзисторном ключе, причем
где: Λ - длина волны в линии передачи;
0
Z - волновое сопротивление линии передачи;
0
I - ток ограничения транзисторного ключа;
I
Р - максимальная входная мощность;
Pт - предельно допустимая мощность рассеяния транзисторного ключа,
а ограничитель мощности СВЧ содержит стробируемый компаратор, инверсный вход которого через блокирующую СВЧ сигнал цепь (например дроссель) подключен к катоду детектирующего диода, а прямой вход соединен с выходом компаратора и через блокирующую СВЧ сигнал цепь подключен к отрезку линии передачи.
На фигуре изображена электрическая принципиальная схема ограничителя мощности СВЧ.
Ограничитель мощности СВЧ содержит развязанный по постоянному току блокирующими конденсаторами 1 и 2 отрезок линии передачи Z, параллельно которому включены pin диод 3 и детектирующая цепь, состоящая из последовательного соединения детектирующего диода 4 и ключа на полевом транзисторе (ПТ) 5 с заземленным резистором смещения затвора 6; стробируемый компаратор 7, инверсный вход которого через блокирующий СВЧ сигнал дроссель 8 подключен к катоду детектирующего диода 4, а прямой вход соединен с выходом компаратора 7 и через блокирующий СВЧ сигнал дроссель 9 подключен к отрезку линии передачи Z.
Ограничитель мощности СВЧ работает следующим образом.
В неуправляемом режиме (при обесточенной схеме, либо в случае аварийной ситуации) напряжение на затворе ПТ 5 за счет резистора смещения затвора 6 равно нулю, при этом ПТ 5 находится в режиме генератора тока так, что при напряжении на стоке выше напряжения насыщения, ток ПТ 5 ограничен и равен его начальному току, а при напряжении на стоке ниже напряжения насыщения ПТ 5 имеет низкое омическое сопротивление. Таким образом детектирующий диод 4 включен через ПТ 5 встречно-параллельно pin диоду 3. Амплитуда напряжения входного сигнала, не превышающая контактной разности потенциалов детектирующего диода 4, проходит на выход ограничителя с минимальными потерями. При поступлении на вход ограничителя мощности СВЧ мощности, превышающей по амплитуде контактную разность потенциалов детектирующего диода 4, она частично детектируется, питая выпрямленным током pin диод 3 и частично отражается (в основном от детектирующего диода 4), образуя стоячую волну с пучностью тока в точке подключения детектирующего диода 4 к линии передачи Z, при этом амплитуда выходного сигнала ограничена на уровне прямого падения напряжения на детектирующем диоде 4. Дальнейшее повышение входной мощности ведет к росту тока детектирующей цепи. Однако наличие ПТ 5 в цепи детектирующего диода 4 ограничивает выпрямленный ток на уровне начального тока ПТ 5, достаточного для максимально возможного открытия pin диода 3 и в тоже время безопасного для детектирующего диода 4. При этом ПТ 5, переходя в режим ограничения тока, увеличивает свое сопротивление переменному току СВЧ в детектирующей цепи, приводя к перераспределению отраженной мощности. При некоторой пороговой входной мощности, определяющейся током ограничения ПТ 5 и расстоянием L между pin диодом 3 и детектирующим диодом 4, пучность тока стоячей волны перемещается из точки подключения к
I
T
линии Z детектирующего диода 4 в точку подключения pin диода 3. Увеличение расстояния L снижает пороговую входную мощность, однако при этом увеличивает долю входной мощности, рассеиваемой на транзисторном ключе ПТ 5. Поэтому расстояние L между pin диодом 3 и детектирующим диодом 4 рассчитывается исходя из максимальной входной мощности P приходящей на вход ограничителя, и предельно допустимой мощности рассеяния Р на ключе ПТ 5, и определяется по формуле
При этом расчетная величина L обеспечивает минимально возможную пороговую входную мощность исходя из заданных условий.
При работе ограничителя мощности в управляемом режиме на затворе ПТ 5 присутствует отрицательное запирающее напряжение - и пит. ПТ 5 закрыт, детектирующая цепь отключена. Управление ограничителем осуществляется путем подачи управляющего напряжения на вход стробирования V компаратора 7. Высокий уровень управляющего напряжения разрешает работу компаратора 7, при этом, если амплитуда напряжения входного сигнала не превышает контактной разности потенциалов детектирующего диода 4, то на выходе компаратора 7 устанавливается напряжение положительной полярности, которое обеспечивает быстрое рассасывание накопленного заряда pin диода 3, обеспечивая тем самым прохождение входной мощности на выход с минимальными потерями.
В случае сбоя синхронизации управляющего сигнала, при попадании на вход ограничителя мощности амплитуды напряжения входного сигнала превышающей контактную разность потенциалов детектирующего диода 4, на выходе компаратора 7 устанавливается отрицательный уровень напряжения, при этом выходной ток
компаратора через развязывающий дроссель 9 поступает на pin диод 3 в прямом направлении, а сопротивление pin диода 3 резко уменьшается, приводя к возникновению в линии передачи Z сильной неоднородности, на которой входная избыточная мощность СВЧ испытывает отражение. Запрет работы компаратора 7 осуществляется подачей низкого уровня управляющего напряжения на вход стробирования V, при этом на выходе стробируемого компаратора устанавливается отрицательный уровень напряжения, а выходной ток переводит pin диод 3 в открытое состояние, приводящее к отражению входной мощности СВЧ, тем самым препятствуя прохождению избыточной мощности на выход ограничителя мощности СВЧ.
Таким образом, реализация предложенной конструкции ограничителя мощности СВЧ при сохранении всех достоинств прототипа (ограничение входной мощности как при обесточенной схеме так и в управляемом режиме, наличие малых прямых потерь) дополнительно позволила получить ограничение входной мощности в управляемом режиме при сбое синхронизации управления, повысив тем самым надежность РЭА.