ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к технике СВЧ, предназначена для преобразования мощности непрерывных и импульсномодулированных сверхвысокочастотных (СВЧ) сигналов и может быть использовано в ваттметрах поглощаемой, проходящей и пиковой мощности.
Известен приемный термоэлектрический преобразователь (авторское свидетельство СССР №1394918, МПК G01R 21|04, 1986г.), содержащий в своем составе СВЧ-тракт, соединенный с нагрузочным резистором, расположенным на диэлектрическом основании, батарею термопар. Благодаря тому, что ненагруженная часть нагрузочного резистора нагревается меньще, чем его рабочая часть, на концах батареи термопар, примыкающих к указанным частям нагрузочного резистора, возникает электрический сигнал, пропорциональный мощности СВЧ-сигнала.
Предлагаемый приемный преобразователь мощности относится к детекторным преобразователям, в которых в качестве преобразующих элементов используются полупроводниковые диоды, работающие в режиме квадратичного детектирования.
MIlKiGOlR 21/10
Известен измеритель мощности СВЧ сигнала (патент Великобритании заявка № 1582814, MKHGOIR 21/10, 1981г.), где для измерения мощности СВЧ сигнала используется диод с барьером Шотки, а для автоматической коррекции отклонений от квадратичной характеристики к выходному сигналу диода добавляется соответствующий сигнал коррекции в зависимости от величины выходного сигнала детектора, что усложняет схемную реализацию устройства.
В качестве прототипа предлагаемого технического решения выбран детекторный преобразователь, описанный в книге Измерение мощности на СВЧ М., Сов.Радио, 1986, авт. М.И. Билько и др., с.87, рис.3.52. Упрощенная схема данного детекторного преобразователя представляет собой делитель, включающий полупроводниковый диод (детекторная секция) и сопротивление нагрузки (нагрузочная секция), вход делителя является входом СВЧ сигнала, а с нагрузки снимается сигнал на измерительное устройство.
Недостатком полупроводниковых диодных преобразователей СВЧ мощности является значительный разброс вольт-амперных характеристик полупроводниковых диодов, что приводит к необходимости индивидуального подбора напряжения смещения
при выборе рабочего участка, необходимость температурной стабилизации рабочего участка вольт-амперной характеристики, узкий динамический диапазон квадратичной характеристики полупроводникового диода, все это приводит к погрешности измерения СВЧ мощности из-за неравномерности коэффициента преобразования и не позволяет реализовать преобразователь мощности в напряжение с погрешностью лучше 5-10% и динамическим диапазоном до 30 дБ.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является снижение погрешности преобразования мощности в напряжение при сохранении положительных качеств диодного детектирования: высокое быстродействие, возможность измерения мощности как непрерывных, так и импульсно-модулированных сигналов.
Решение технической задачи достигается тем, что в преобразователе мощности, содержащем делитель, состоящий из последовательно соединенных детекторной секции, включающей полупроводниковый элемент, и нагрузочной секции, с которой снимается выходной сигнал, полупроводниковый элемент детектирующей секции выполнен в виде полевого транзистора, у которого затвор соединен с истоком. Нагрузочная секция выполнена в виде резистора. При этом используется квадратичный участок характеристики полевого транзистора от нуля до напряжения
.З
близкого к напряжению прямой проводимости затвора транзистора, что позволяет значительно снизить погрешности преобразования во всем рабочем диапазоне.
Увеличение крутизны преобразования и уровня выходного сигнала достигнуто тем, что нагрузочная секция выполнена в виде полевого транзистора, у которого затвор соединен с истоком, включенным навстречу относительно выхода устройства, то есть заменой нагрузочного резистора на нелинейный элемент,
В другом варианте выполнения устройства детекторная и нагрузочная секции содержат два и более последовательно соединенных полевых транзисторов, у которых затворы соединены с истоками. Это позволяет уменьшить влияние разброса параметров полевых транзисторов, увеличить допустимый уровень подводимой к устройству мощности и, как следствие, снизить погрешность преобразования и повысить выходное напряжение демодулированного сигнала.
Для получения дифференциального демодулированного выходного сигнала полевые транзисторы детекторной и нагрузочной секций соединены по мостовой схеме.
Суш;ность технического решения поясняется рисунками, на которых изображено: на фиг.1 - представлена упрош;енная
электрическая схема первого-второго вариантов устройства, на фиг.2 - третьего, на фиг.З - четвертого, на фиг. 4 - нятого. Описание схемы устройства и его работы.
Преобразователь мощности (см. фиг. 1) представляет собой делитель, состоящий из последовательно соединенных полевого транзистора VT( типа 2П341 и др.), затвор которого соединен с истоком, и сопротивления нагрузки R „. Преобразование сигнала происходит на квадратичном участке вольт-амперной характеристики полевого транзистора. Выходное напряжение детектора, снимаемое со средней точки а делителя, линейно связано с мощностью сигнала, подаваемого на входы 1,2.
Преобразователь мощности (см. фиг. 2) представляет собой делитель, состоящий из двух полевых транзисторов VT (типа 2П341 и др), затворы которых соединены с истоками и включенных навстречу относительно выхода (точка а). Крутизна преобразования (в результате замены резистора нагрузки на полевой транзистор), увеличивается, как и уровень выходного напряжения, снимаемого с нагрузки детекторной секции (точка а).
В преобразователе мощности (см. фиг.З) в детекторной и нагрузочной секциях использовано два и более последовательно соединенных полевых транзисторов VT( типа 2П341 и др.), затворы
которых соединены с истоками, включенных навстречу относительно выхода (точка а). Входной сигнал делится на последовательно включенных транзисторах пропорционально их проводимости и количеству, то есть увеличивается допустимый уровень подводимой к устройству мощности, как и выходное напряжение демодулированного сигнала.
Преобразователь мощности (см. фиг.4), выполненный по мостовой схеме, формирует на выходах 1,2 дифференциальный демодулированный сигнал, удобный для дальнейшей обработки.
Устройство может быть использовано в преобразователях мощности в напряжение в диапазоне до десятков ГГц, в умножителях, где предъявляются высокие требования к квадратичности характеристики при высоких уровнях мощности, смесителях при малых уровнях мощности сигналов. Погрещность преобразования мощности в напряжение в динамическом диапазоне 30-40 дБ не превышает 2-3%.