ПЕРЕМЕННЫЙ АТТЕНЮАТОР

Полезная модель относится к радиотехническим устройствам и может быть использована в антенно-фидерных трактах беспилотных летательных аппаратов.
Известен переменный поглощающий аттенюатор для метрового и дециметрового диапазонов волн по авторскому свидетельству СССР №139345 МПК Н04Р. Этот аттенюатор выполнен на полосковой линии с коаксиальными входом и выходом, при этом в нем в качестве поглотителя используется плоская или свернутая в кольцо поглощающая пластина, края которой укреплены в наружном проводнике плоскостной линии. Передняя кромка пластины соединена с центральным проводником входного коаксиала, а центральный проводник выходного коаксиала присоединен к поглощающей пластине через подвижной контакт, расположенный перпендикулярно к плоскости пластины.
Недостатком данного аналога является то, что здесь регулировка поглощения высокочастотной мощности осуществляется с помощью механического перемещения специальной поглощающей пластины внутри плоскостной линии передачи. Ручной привод механизма перемещения пластины не может обеспечить точного и плавного перемещения пластины, поэтому данный аттенюатор может использоваться только для грубой регулировки поглощения энергии.
Известен также переменный аттенюатор СВЧ-мощности в коаксиальных трактах содержащий в качестве поглотителей СВЧ-мощности регулируемые по сопротивлению терморезисторы, при этом в нем используются четыре соединенные выводами в одной точке терморезистора, два из которых свободными выводами подключены в разрыв центрального проводника коаксиала, а два других, изолированно по току - на внешний проводник коаксиала (а.с. СССР, Н01Р 1/22, №317135 от 1 июля 1970 г).
Этот аналог имеет следующие недостатки:
1) большие начальные потери (единицы дБ);
2) малая рабочая мощность (десятки мВт);
3) сложность конструкции из-за встраивания терморезисторов в коаксиальную линию).
В качестве прототипа выбран управляемый аттенюатор на двух полупроводниковых диодах с использованием направленных ответвителей (см. блок-схему рис.5.10 в книге А.С.Силаев, С.Ф.Брянцев, Приложение матриц и графов к анализу СВЧ устройств, издательство «Советское радио», М, 1970). На схеме изображен квадратурный направленный ответвитель, содержащий вход, выход и два промежуточных плеча, к которым подключаются полупроводниковые диоды, например pin-диоды. Сигнал, подаваемый на вход, делится поровну в промежуточных плечах.
Недостатком прототипа является отсутствие элементов управления токами смещения и конкретное исполнение описанного аттенюатора.
Задачей полезной модели является создание простого по конструкции электрически управляемого аттенюатора, позволяющего плавно менять рабочие мощности в заданном диапазоне с помощью напряжения питания через элементы управления.
Поставленная задача решается тем, что предложен переменный ВЧ аттенюатор, содержащий трехдецибельный направленный ответвитель с одним входом и тремя выходами. К входу и выходам подключены ВЧ соединители, при этом к двум выходам подключены полупроводниковые рin-диоды, и элементы управления подаваемого на диоды напряжения смещения. А направленный ответвитель выполнен на микрополосковой ВЧ плате в виде квадратурного моста и расположен на одной из плоскостей подложки платы, топология же НЧ схемы управления выполнена на противоположной плоскости подложки. При этом в разрывы между двумя из выходов ВЧ соединителей и выходов высокочастотной платы подключены блокировочные конденсаторы. А на поверхности низкочастотной части платы собрана схема управления подаваемого на диоды напряжения в виде двух высокочастотных дросселей и двух ограничительных резисторов. Причем блокировочные конденсаторы, высокочастотные дроссели и ограничительные резисторы включены между собой последовательно, а свободные выводы резисторов соединены на контактной площадке, на поверхности низкочастотной части платы и выведены на контакт НЧ разъема, другой контакт этого разъема заземлен, вся конструкция помещена в коробчатом металлическом корпусе закрытом крышками.
Предложенный аттенюатор испытан на опытном образце, результаты испытаний показали, что рабочие мощности меняются плавно в диапазоне 0,5-20 дБ. Аттенюатор прост по конструкции и легко управляем.
Сущность полезной модели показана на чертеже где на фиг.1 изображена схема аттенюатора, а на фиг.2-5 показана конструкция аттенюатора. На чертеже показаны: 1 - трехдецибельный (3 дБ) направленный ответвитель, выполненный на микрополосковой ВЧ плате в виде квадратурного моста (ВЧ - часть); 2, 3, 4, 5 - коаксиальные ВЧ соединители, где 2 - вход аттенюатора, 3 - выход аттенюатора, а к 4 и 5 подключены, через ответные переходы 6 и 7 высокочастотные нагрузки в виде, установленных в переходы 6 и 7 рin-диодов 8 и 9; 10, 11 - блокировочные конденсаторы; 12, 13 - высокочастотные дроссели; 14, 15 - ограничительные резисторы; 16 - низкочастотный разъем, через который подается напряжение управления работой аттенюатора. Конструкция ВЧ части аттенюатора расположена на плоскости 17 микрополосковой платы. Здесь между соединителями 4 и 5, и выходами из соответствующих плеч моста установлены блокировочные конденсаторы 10 и 11, а между конденсаторами и соединителями 4 и 5 в плате выполнены отверстия 18, через которые пропущены концы 19, 20 дросселей 12 и 13. На чертеже показано одно отверстие 18, со стороны другого дросселя выполнено аналогичное отверстие. Эти концы дросселей распаяны на контактные площадки 21 и 22, на которые распаяны и центральные проводники соединителей 4 и 5. На оборотную сторону платы припаяна низкочастотная плата 23, на которой имеются контактные площадки 24 и 25, к ним припаяны свободные концы дросселей 12, 13, а также припаяны одним из выводов резисторы 14 и 15. Свободные выводы этих резисторов распаяны на контактную площадку 26, к этой же площадке припаян провод 27, идущий на контакт низкочастотного разъема 16. Провод 28 нулевой (земляной) распаян на земляную пластину платы и на другой контакт разъема 16. Микрополосковая плата металлизированной плоскостью 29 (оборотная плоскость плоскости 17) крепится с помощью винтов 30 к корпусу 31. Корпус закрывается крышками 32 и 33. Высокочастотные нагрузки 6 и 7 выполнены по патенту РФ №105073 с приоритетом от 12.05.2011 г.
Аттенюатор работает следующим образом. При отсутствии напряжения питания диодов их сопротивление составляет сотни кОм. При этом коэффициент отражения диодов близок к 1,0. В результате мощность ВЧ сигнала, подаваемая на вход 2 аттенюатора отражается от диодов и полностью передается на выход 3 аттенюатора. При подаче напряжения питания (смещения) через разъем 16 сопротивление диодов уменьшается и при этом пропорционально уменьшается их коэффициент отражения. В результате диоды начинают поглощать часть подаваемой на них мощности и выходная мощность аттенюатора уменьшается. В пределе, когда сопротивление диодов становится равным волновому сопротивлению подводящих линий, диоды будут иметь нулевой коэффициент отражения и полностью поглотят входной сигнал.
Таким образом, предложенная полезная модель выполнена в виде простой конструкции и обеспечивает достижение технического результата, выраженного в возможности регулирования СВЧ мощности, проходящей через аттенюатор, путем изменения напряжения питания диодов через соответствующие элементы управления.