ДИОДНЫЙ ОГРАНИЧИТЕЛЬ МОЩНОСТИ СВЧ СИГНАЛА
DIODE-BASED MICROWAVE SIGNAL POWER LIMITER

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к ограничителям мощности СВЧ сигнала, и может быть использовано для защиты СВЧ приемника от перегрузки и выхода из строя, под действием сигнала собственного передатчика и (или) мощных сторонних сигналов.
Известен ограничитель мощности [1], содержащий входную и выходную линии передачи, между которыми расположены каскадно-соединенные системы микрополосковых линий, шунтированные диодами. Ограничитель [1] обеспечивает большее значение допустимой непрерывной СВЧ входной мощности, малые начальные потери в режиме пропускания СВЧ сигнала.
Недостатком такого устройства является малый уровень вносимых потерь при работе в режиме ограничения СВЧ мощности, что диктует использование второго каскада ограничения для внесения дополнительных потерь и приводит к увеличению начальных потерь ограничителя в режиме пропускания.
Наиболее близким к изобретению (прототипом) является ограничитель СВЧ мощности [2], содержащий входную и выходную линии передачи, между которыми расположены бинарные делитель и сумматор, соединенные отрезками линии передачи, которые шунтированы диодами.
По сравнению с [1] ограничитель [2] обеспечивает повышенный уровень допустимой непрерывной СВЧ мощности, малые начальные потери в режиме пропускания.
Недостатком такого устройства является различие потенциалов в соседних отрезках, соединяющих бинарный делитель и сумматор, что при определенных условиях ведет к выходу из строя шунтирующих диодов, вследствие чего снижается максимальная допустимая мощность на входе ограничителя.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, - увеличение допустимой входной мощности в 1,5-2 раза и сохранение малых начальных потерь при работе в режиме пропускания СВЧ сигнала, что повышает надежность ограничителя.
<mrow><mi>N</mi><mo>=</mo><msup><mn>2</mn><mi>n</mi></msup><mo stretchy="false">(</mo><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>2,3</mn><mo>…</mo><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mstyle displaystyle="true"><msubsup><mo>∑</mo><mn>1</mn><mi>n</mi></msubsup><mrow><msup><mn>2</mn><mi>n</mi></msup></mrow></mstyle></mrow>
<mrow><mstyle displaystyle="true"><msubsup><mo>∑</mo><mn>1</mn><mi>n</mi></msubsup><mrow><msup><mn>2</mn><mi>n</mi></msup></mrow></mstyle></mrow>
Указанный технический результат достигается тем, что диодный ограничитель мощности СВЧ сигнала содержит входную линию передачи, к которой подключен вход
канального бинарного делителя, содержащего N-1 одиночных делителя, соединенных между собой
одинаковыми отрезками линий, выходную линию передачи, к которой подключен выход N канального бинарного сумматора, содержащего N-1 одиночных сумматора, соединенных между собой
одинаковыми отрезками линий, два из которых, по крайней мере, шунтированы как минимум одним диодом каждый, выходы бинарного делителя соединены с входами бинарного сумматора N отрезками линий, каждый из которых шунтирован, по крайней мере, одним диодом на расстоянии, близком к половине длины волны от входа бинарного делителя, цепь постоянного тока диодов. Каждый отрезок линии, соединяющий бинарный делитель и сумматор, дополнительно соединен с соседними отрезками линий, соединяющими бинарный делитель и сумматор на расстоянии, близком к половине длины волны от входа бинарного делителя.
Причинно-следственные связи признаков изобретения с техническим результатом выражаются в следующем. Дополнительное соединение соседних отрезков линии, соединяющих бинарные делитель и сумматор, позволяет выровнять потенциалы на диодах, шунтирующих эти отрезки линии. При этом расположение дополнительных соединений на расстоянии, близком к половине волны от входа бинарного делителя, позволяет оптимизировать схему по минимальным потерям в режиме пропускания.
Изобретение поясняется чертежами
На фиг.1 представлена схема предлагаемого диодного ограничителя мощности СВЧ сигнала, где показаны
- входная линия передачи 1;
- N канальный бинарный делитель 2;
- одиночный делитель 3;
- отрезок линии, соединяющий одиночные делители 4;
- отрезок линии, соединяющий выход бинарного делителя и вход бинарного сумматора 5;
- дополнительное соединение 6;
- диод, шунтирующий отрезок линии, соединяющий выход бинарного делителя и вход бинарного сумматора 7;
- N канальный бинарный сумматор 8;
- одиночный сумматор 9,
- отрезок линии, соединяющий одиночные сумматоры 10;
-диод, шунтирующий отрезок линии, соединяющий одиночные сумматоры 11;
- цепь постоянного тока диодов 12;
- выходная линия передачи 13.
На фиг.2 представлена топология предлагаемого диодного ограничителя мощности СВЧ сигнала, выполненного на четырехканальном бинарном делителе и четырехканальном бинарном сумматоре, где показаны
- входная линия передачи 1;
- четырехканальный бинарный делитель 2;
- одиночный делитель 3;
- отрезок линии, соединяющий одиночные делители 4;
- отрезок линии, соединяющий выход бинарного делителя и вход бинарного сумматора 5;
- дополнительное соединение 6;
- диод, шунтирующий отрезок линии, соединяющий выход бинарного делителя и вход бинарного сумматора 7;
- четырехканальный бинарный сумматор 8;
- одиночный сумматор 9,
- отрезок линии, соединяющий одиночные сумматоры 10;
- диод, шунтирующий отрезок линии, соединяющий одиночные сумматоры 11;
- цепь постоянного тока диодов 12;
- выходная линия передачи 13.
Пример
Диодный ограничитель мощности состоит из входной линии передачи 1 и выходной линии передачи 13, между которыми включены четырехканальный бинарный делитель 2 и четырехканальный бинарный сумматор 8. Бинарный делитель 2 выполнен из трех одиночных делителей 3, соединенных между собой двумя отрезками линии передачи 4. Бинарный сумматор 8 выполнен из трех одиночных сумматоров 9, соединенных двумя отрезками линии передачи 10. Четыре выхода бинарного делителя 2 соединены с четырьмя входами бинарного сумматора 8 отрезками линий передачи 5, каждый из которых шунтирован диодом 7. Диоды 11 шунтируют два отрезка линии 10. Цепь постоянного тока выполнена в виде четвертьволнового отрезка линии 12. Каждый отрезок линии 5 соединен с соседними отрезками 5 дополнительными проволочками из золота 6 на расстоянии половины длины волны от входа делителя 2.
Предлагаемый диодный ограничитель мощности СВЧ сигнала работает следующим образом.
При низком уровне входного сигнала все диоды устройства 7 и 11 закрыты, четырехканальный бинарный делитель 2 и четырехканальный сумматор 8 согласованы, в линию вносятся минимальные начальные потери. В цепи постоянного тока 12 ток не протекает. При повышенной мощности входного СВЧ сигнала диоды 7 и 11 переходят в состояние малого сопротивления. Постоянная составляющая тока диодов замыкается через цепь постоянного тока 12. Возникает режим замыкания бинарного делителя 2 через малое сопротивление открытых диодов 7 и 11. Потенциалы по СВЧ на диодах 7 выравниваются за счет соединения отрезков 5 проволочками 6, длина которых много меньше длины волны. СВЧ сигнал отражается к входу ограничителя, коэффициент передачи от входной линии 1 к выходной линии 13 значительно уменьшается.
Осуществление изобретения обеспечивает выполнение четырехканального диодного ограничителя СВЧ мощности Х-диапазона с начальными потерями меньше 0.8 дБ. В режиме ограничения СВЧ мощности вносимые потери таким ограничителем составляют не менее 40 дБ. Данная схема рассчитана на допустимую входную мощность 45 Вт.
Допустимая входная мощность ограничителя-прототипа составляет 30 Вт при начальных потерях также 0.8 дБ.
Источники информации
[1] Патент на изобретение №2258278. Диодный ограничитель мощности СВЧ сигнала.
[2] Патент на изобретение №2449430. Диодный ограничитель мощности СВЧ сигнала.