АТТЕНЮАТОРНАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к радиоэлектронике, в частности к аттенюаторным устройствам, и может быть использована в качестве устройства для регулировки мощности выходного сигнала в миниатюрных усилительных СВЧ модулях.
Известны системы регулировки мощности [патентная заявка US №2011316645. свидетельство на полезную модель RU №11394. патент US №5347239]. представляющие собой ступенчатый аттенюатор и содержащие ряд последовательно соединенных посредством коммутаторов аттенюаторных звеньев. Включение и выключение отдельных из них осуществляется посредством, например, программируемого блока управления, получая таким образом необходимое ослабление мощности выходного сигнала. Расположение каскадного соединения аттенюаторных звеньев после выходною усилителя, работающего в режиме насыщения, позволяет достичь минимальной неравномерности коэффициента передачи в рабочей полосе частот и наилучшей термостабильности.
Однако необходимость компенсации значительных начальных затуханий широкополосных переменных СВЧ-аттенюаторов (особенно при реализации регулировок мощности с большой глубиной) требует существенного увеличения мощности выходного усилительного каскада. Применение элементной базы повышенной мощности в конструкции СВЧ-усилителей влечет за собой его удорожание и снижение коэффициента полезного действия. Корректная работа аттенюаторной системы, размещенной на входе усилителя, возможна при его работе в линейном режиме, что требует введения дополнительных схем термостабилизации и выравнивания амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). Каскадное включение аттенюаторов приводит также к ухудшению начальной АЧХ усилителя бет вносимого аттенюаторами ослабления.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является двухканальная аттенюаторная система [патент US №7457593]. в которой один канал пропускает сигнал без затухания, не влияя на параметры сигнала, а второй содержит переменный аттенюатор, обеспечивающий требуемое ослабление. Переключение между каналами осуществляется с помощью двух механических коммутаторов на входе и выходе каналов. Так, если затухание сигнала не требуется, коммутаторы замыкаются в положении, в котором сигнал проходит по каналу без затухания. В противном случае коммутаторы переключаются в другое положение, при котором сигнал поступает на переменный аттенюатор, обеспечивающий требуемое ослабление выходного сигнала.
Несмотря на все достоинства данной схемы, ее применение ограничено габаритами, неподходящими для использования в миниатюрных усилительных СВЧ модулях из-за применения механических аттенюаторов.
Задачей заявляемой полезной модели является создание аттенюаторной системы для использования в миниатюрных усилительных СВЧ модулях.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том. что аттенюаторная система, содержащая канал с затуханием, канал без затухания, первый и второй коммутаторы и предвыходной переменный аттенюатор, последовательно включенный в капал с затуханием, при этом первый выход первого коммутатора, имеющего один вход и два выхода, и первый вход второго коммутатора, имеющего два входа и один выход, соединены соответственно с входом и выходом канала без затухания, второй выход первого коммутатора и второй вход второго коммутатора соединены соответственно с входом и выходом канала с затуханием, дополнительно содержит: предвыходной усилитель, соединенный с входом первого коммутатора, выключатель и выходной усилитель, последовательно включенные в канал без затухания, корректирующий аттенюатор. последовательно соединенный с предвыходным переменным аттенюатором, а первый и второй коммутаторы выполнены электронными.
Кроме того, заявляется система, которая наряду с вышеназванными признаками дополнительно содержит выходной переменный аттенюатор, соединенный с выходом второго электронного коммутатора.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в миниатюризации аттенюаторной системы, применимой для сантиметрового диапазона длин волн. Применение электронных коммутаторов в двухканальной аттенюаторной системе обеспечивает значительное снижение ее габаритных размеров и высокую скорость регулировки мощности выходного сигнала. При этом недостаточное ослабление в запертом канале при их применении компенсируется ослаблением совместно используемых выключателя в запертом состоянии и выходного усилителя с выключенным питанием и выбором предвыходного усилителя меньшей мощности по сравнению с выходным. Использование двуканальной системы ослабления сигнала обеспечивает широкий диапазон регулировки мощности, наилучшую форму АЧХ и высокую термостабильность во всем диапазоне ослабления за счет отсутствия протяженного регулировочного тракта и наличия режима насыщения по выходной мощности у предвыходного и выходного усилителей. Кроме того, заявляемая схема позволяет отказаться от усилителей высокой мощности благодаря минимизации потерь в канале без затухания при требуемом нулевом ослаблении и широкополосных аттенюаторов, что существенно снижает себестоимость устройства.
Заявляемая полезная модель поясняется с помощью Фиг.1. 2. на которых изображены:
Фиг.1 - блок-схема аттенюаторной системы:
Фиг.2 - блок-схема аттенюаторной системы с выходным переменным аттенюатором.
На Фиг.1, 2 позициями 1-10 обозначены:
1 - предвыходной усилитель;
2 - первый электронный коммутатор;
3 - второй электронный коммутатор;
4 - канал без затухания;
5 - канал с затуханием;
6 - выключатель:
7 - выходной усилитель;
8 - предвыходной переменный аттенюатор:
9 - корректирующий аттенюатор;
10 - выходной переменный аттенюатор.
Аттенюаторная система в соответствии с первым пунктом формулы (Фиг.1) состоит из предвыходного усилителя 1. первого 2 и второго 3 электронных коммутаторов, канала без затухания 4 и канала с затуханием 5. Вход предвыходного усилителя 1 предназначен для подключения к источнику сигнала, а выход соединен с входом первого электронного коммутатора 2. выполненного с одним входом и двумя выходами. Первый выход первого электронного коммутатора 2 соединен с входом канала без затухания 4, второй - с входом канала с затуханием 5. Второй электронный коммутатор 3 выполнен с двумя входами и одним выходом. Первый вход второго электронного коммутатора 3 соединен с выходом канала без затухания 4. второй вход - с каналом с затуханием 5. Канал без затухания 4 содержит последовательно соединенные выключатель 6 и выходной усилитель 7. Канал с затуханием 5 содержит последовательно включенные корректирующий аттенюатор 8 и предвыходной переменный аттенюатор 9.
В частном случае реализации аттенюаторной система в соответствии со вторым пунктом формулы полезной модели (Фиг.2) схема может дополнительно содержать выходной переменный аттенюатор 10, соединенный с выходом второго электронного коммутатора 3.
Аттенюаторная система работает следующим образом.
СВЧ сигнал поступает на вход предвыходного усилителя 1 и далее в зависимости от требуемой величины затухания - либо в канал без затухания 4, либо в канал с затуханием 5. Для получения максимального значения мощности на выходе устройства сигнал поступает в канал без затухания 4. Для этого первый 2 и второй 3 электронные коммутаторы замыкаются в положении I. В этом случае выключатель 6 остается открытым, и сигнал поступает на выходной усилитель 7.
Для ослабления выходного сигнала первый 2 и второй 3 электронные коммутаторы переключаются в положение II. В лом случае сигнал со второго входа первого электронного коммутатора 2 поступает на корректирующий аттенюатор 8. Уровень просачивающейся мощности из канала без затухания 4 на выход всего устройства и в канал с затуханием 5 через второй электронный коммутатор 3 в положении II должен быть существенно меньше, чем максимально возможное ослабление предвыходного переменного аттенюатора 9. Это условие обеспечивается не только затуханием второго электронного коммутатора 3 в запертом состоянии, но и затуханиями запертого выключателя 6 и выходного усилителя 7 с выключенным питанием.
Корректирующий аттенюатор 8 служит для выравнивания мощности при переключении между каналами без затухания 4 и с затуханием 5. обеспечивая плавную, без разрывов, регулировку мощности выходною сигнала. Величина ослабления корректирующего аттенюатора 8 определяется формулой:
,
УВ
где P - мощность выходного усилителя 7,
УР
P - мощность предвыходного усилителя 1,
Ко
L - затухание второго электронного коммутатора 3 в открытом состоянии,
Ап0
L - начальное затухание предвыходного переменного аттенюатора 9.
Уменьшение уровня выходной мощности производится посредством изменения вносимого ослабления предвыходным переменным аттенюатором 9 до его максимального значения.
В частном случае реализации полезной модели в соответствии со вторым пунктом формулы, когда нет требований к высокой выходной мощности, на выходе второго электронного коммутатора 3 может быть включен выходной переменный аттенюатор 10, обеспечивающий дополнительное расширение диапазона регулировки мощности выходного сигнала за счет увеличения глубины ослабления. Мощность, просачивающаяся из канала без затухания 4 в этом случае поступает на вход выходного переменного аттенюатора 10 и не ограничивает его максимальное вносимое затухание. В этом случае регулировка ослабления происходит аналогичным образом с той лишь особенностью, что сначала изменяется затухание, вносимое выходным переменным аттенюатором 10, до максимума. При использовании канала с затуханием 5 вносимое ослабление выходного переменного аттенюатора 10 устанавливается минимальным и первый 2 и второй 3 электронные коммутаторы замыкаются в положении II. Величина ослабления корректирующего аттенюатора 8 в случае применения выходного переменного аттенюатора 10 определяется формулой:
,
УВ
где P - мощность выходного усилителя 7,
УР
P - мощность предвыходного усилителя 1,
Ко
L - затухание второго электронного коммутатора 3 в открытом состоянии,
Ап0
L - начальное затухание предвыходного переменного аттенюатора 9,
Авmax
L - максимальное затухание выходного переменного аттенюатора 10.
Ап max
Ав max
Ап
max
Ав max
Затем увеличение ослабления мощности выходного сигнала достигается с помощью увеличения значения вносимого затухания предвыходным переменным аттенюатором 9 до максимального при минимальном значении затухания, вносимого выходным переменным аттенюатором 10. Дальнейшее уменьшение уровня выходной мощности осуществляется с помощью увеличения затухания, вносимого выходным переменным аттенюатором 10, до максимального значения. Регулировка мощности выходного сигнала с применением выходного переменного аттенюатора 10 осуществляется в интервале от 0 дБ до (L+2·L), где L - максимальное вносимое затухание предвыходного переменного аттенюатора 9, L - максимальное вносимое затухание выходного переменного аттенюатора 10.
Экспериментально возможность регулировки уровня мощности СВЧ-усилителя с помощью двухканального метода подтверждена при создании многоканального широкополосного разветвителя сигналов сантиметрового диапазона длин волн с высоким уровнем ослабления выходных сигналов, разработанного на предприятии-заявителе.
Аттенюаторы выполнены с применением исполнительной микросхемы одного типа, обеспечивающей вводимое ослабление от 0 до минус 32 дБ с шагом 1 дБ и начальным затуханием минус 5 дБ. Выходной и предвыходной переменные аттенюаторы содержат по две вышеупомянутые микросхемы. В связи с заданной техническими требованиями невысокой выходной мощностью усилителя (менее 10 мВт) оказалось возможным разместить две микросхемы после второго электронного коммутатора. Корректирующий аттенюатор конструктивно выполнен в виде набора резистивных T-образных аттенюаторов. Каждый из узлов электронных коммутаторов и выключателя обеспечивает запирание канала без затухания более 45 дБ при начальных потерях менее 1,7 дБ.
Использование заявляемой схемы позволяет сохранить баланс между использованием недорогих электронных компонентов и высокими характеристиками устройства.