УПРАВЛЯЕМЫЙ СТУПЕНЧАТЫЙ АТТЕНЮАТОР
CONTROLLED STEP ATTENUATOR

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к управляемым ступенчатым аттенюаторам, предназначенным для изменения коэффициента передачи СВЧ-сигнала.
Известен аттенюатор [1], состоящий из передающей линии с минимальными потерями пропускания («прямой» путь) и передающей линии с заданным фиксированным ослаблением («обходной путь»). «Прямой» путь содержит отрезок линии, подключаемый к передающей линии с помощью пары диодов, соединенных одноименными электродами. «Обходной» путь содержит резистивный блок. Одно плечо резистивного блока заземлено по СВЧ, два других подключены к передающей линии с помощью пары диодов, соединенных одноименными электродами и в обратной полярности к первой паре диодов. По постоянному току устройство развязано конденсаторами.
Ступенчатое изменение коэффициента передачи СВЧ-сигнала достигается попеременным подключением к входу и выходу устройства «прямого» и «обходного» пути, меняя полярность управляющего напряжения и открывая или закрывая соответствующую пару диодов.
Недостатком таких устройств являются:
- дополнительные потери в диодах, подключающих «прямой» путь;
- недостаточная развязка по «прямому» пути при работе устройства в режиме «ослабление» из-за собственных емкостей диодов;
- двухполярное управление режимами работы устройства.
Известен аттенюатор (принят за прототип) [2], вход и выход которого образованы параллельным соединением двух отрезков линии передачи. Один из отрезков содержит блок ослабления сигнала, подключенный через диоды к входу и выходу соответственно. Второй отрезок линии передачи содержит диод, который подключен на расстоянии четверти длины волны по отношению к входу и выходу и шунтирует отрезок по СВЧ. Все диоды устройства включены по постоянному току в одной полярности. Также имеется цепь управления режимами устройства.
Когда питание не подано, все диоды находятся в закрытом состоянии и блок ослабления отключен от передающей линии. Сигнал СВЧ передается по второму отрезку линии передачи («прямой» путь) с минимальными потерями пропускания. При подаче тока по цепи управления все диоды открываются. В «прямом» пути диод шунтирует отрезок линии передачи, возникает режим короткого замыкания по СВЧ, и сигнал по «прямому» пути не проходит. Другие диоды в это время подключают блок ослабления к линии передачи. Сигнал СВЧ, проходя через блок ослабления, ослабляется до заданного значения и поступает на выход устройства.
Недостатками такого устройства являются:
- высокий КСВН при работе в режиме «пропускание» при высоком уровне заданного ослабления (более 20 дБ),
- при уровнях заданного ослабления более 15 дБ имеет место существенное увеличение доли потерь, вносимых элементами «обходного» пути, в потери аттенюатора, работающего в режиме «пропускание» (от 0,2 дБ и выше).
Технический результат изобретения заключается в следующем:
- уменьшение потерь в режиме «пропускание»;
- улучшение КСВН при работе аттенюатора в режиме «пропускание».
В предлагаемом ступенчатом аттенюаторе вход и выход образованы параллельным соединением двух отрезков линии передачи. Один из отрезков («прямой» путь) содержит диод, который подключен на расстоянии четверти длины волны по отношению к входу и выходу и шунтирует отрезок по СВЧ. Второй отрезок линии передачи («обходной» путь) содержит блок ослабления сигнала, подключенный через диоды к входу и выходу устройства и к которому подключены симметрично относительно блока ослабления дополнительные отрезки линии передачи длиной равной четверти длины волны, каждый из которых шунтирован диодом. Все диоды устройства включены по постоянному току в одной полярности. Также имеется цепь управления режимами устройства.
Симметрично расположенные относительно блока ослабления дополнительные отрезки линии передачи необходимы для выравнивания КСВН по входу и выходу.
Когда питание не подано, все диоды находятся в закрытом состоянии и сигнал проходит через «прямой» путь, при этом дополнительные четвертьволновые отрезки создают режим короткого замыкания на диодах, подключающих блок ослабления, и просочившийся через них сигнал отражается обратно в «прямой» путь. Таким образом, сигнал СВЧ передается по «прямому» пути с минимальными потерями. При подаче тока по цепи управления все диоды устройства открываются. В «прямом» пути диод шунтирует отрезок линии передачи, возникает режим короткого замыкания по СВЧ. Остальные диоды в это время подключают «обходной» путь к линии передачи и шунтируют дополнительные четвертьволновые отрезки по СВЧ. Сигнал СВЧ проходит через блок ослабления и поступает на выход устройства, ослабленный до заданного уровня.
Изобретение поясняется чертежом, где представлена схема предлагаемого управляемого ступенчатого аттенюатора.
В ступенчатом аттенюаторе вход и выход образованы параллельным соединением двух отрезков линии передачи. Диод 1 подключен через отрезки 2 и 3 на расстоянии четверти волны по отношению к входу и выходу. Блок ослабления 10 подключен через диоды 4, 5 к входу и выходу соответственно. Симметрично относительно блока ослабления 10 подключены дополнительные отрезки линии передачи 6 и 7, которые шунтированы диодами 8 и 9 соответственно. Сигналы управления подаются через цепь управления 11.
Когда питание не подано, все диоды 1, 4, 5, 8, 9 находятся в закрытом состоянии и блок ослабления 10 отключен от линии передачи. Сигнал СВЧ передается по «прямому» пути 2, 3 с минимальными потерями. При подаче тока по цепи управления 11 все диоды 1, 4, 5, 8, 9 открываются. Диод 1 шунтирует отрезки линии передачи 2, 3, возникает режим короткого замыкания по СВЧ и сигнал по «прямому» пути 2, 3 не проходит. Диоды 4, 5 в это время подключают блок ослабления 10 к линии передачи. Диоды 8, 9 шунтируют по СВЧ, создавая в точках подключения отрезков к диодам 4, 5 режим «холостого» хода. Четвертьволновые отрезки линии 6, 7 шунтированы диодами 8, 9 и вносят незначительные потери. Сигнал СВЧ проходит через блок ослабления 10 и поступает на выход устройства, ослабленный до заданного значения.
Изготовленные образцы предлагаемого аттенюатора позволили снизить потери в режиме «пропускание» до уровня 0,4 дБ, достичь неравномерности амплитудно-частотной характеристики в режиме «ослабление» не более 0,3 дБ при ширине рабочей полосы не менее 25% для заданного ослабления 20 дБ в 3-сантиметровом диапазоне длин волн. При этом достигается КСВН в режиме «пропускание» не хуже 1, 2.
Источники информации:
1. Патент США №4138637, МКИ H01P 1/22, опубл. 6.02.1979, фиг.5.
2. Патент на изобретение №2234169, МКИ H01P 1/22.