ДИСКРЕТНЫЙ АТТЕНЮАТОР СВЧ
DISCRETE ATTENUATOR OF MICROWAVE

Изобретение относится к электронной технике, а именно к аттенюаторам.
Уровень техники. Аттенюаторы СВЧ предназначены для управления амплитудой сигналов СВЧ диапазона. В технике широкое применение находят аттенюаторы СВЧ с дискретным изменением коэффициента передачи (дискретные аттенюаторы СВЧ), осуществляемым с помощью ослабителей с цифровым управлением.
Важнейшими параметрами дискретных аттенюаторов СВЧ, определяющими их использование в радиоэлектронной аппаратуре различного назначения, являются:
- прямые начальные потери в рабочей полосе частот,
- изменение фазы сигнала СВЧ (паразитная фазовая модуляция) при варьировании вносимого ослабления,
- значение дискрета изменения ослабления в двух соседних состояниях кода управления (при изменении кода управления на логическую единицу).
Для большинства областей применения дискретных аттенюаторов СВЧ и, в частности в устройствах компенсации нелинейных искажений с прямой связью и в каналах подавления несущей в одночастотных радиолокаторах с непрерывным излучением, значения всех трех параметров должны быть минимальными.
Известен аттенюатор СВЧ [1] (Микроэлектронные устройства СВЧ / Н.Т. Бова, Ю.Г. Ефремов, В.В. Конин и др. К.: Технiка, 1984. - С. 146), состоящий из входного и выходного трехдецибельных направленных ответвителей, двух согласованных нагрузок и двух аттенюаторов, реализованных на pin-диодах, каждый из рабочих выходов входного направленного ответвителя соединен со входами аттенюаторов, а их выходы подключены к входам выходного направленного ответвителя, а балластные выходы направленных ответвителей нагружены на согласованные нагрузки. Управление осуществляется регулировкой токов диодов за счет подачи одинакового напряжения смещения. При этом обеспечивается регулировка ослабления за счет отражения части сигнала от диодов и поглощения мощности отраженных сигналов в балластной нагрузке входного направленного ответвителя Принципиальным условием работы аттенюатора является требование идентичности каналов между входным и выходным направленными ответвителями как по структуре, так и по вносимому ослаблению.
Недостатком аналога является большое значение прямых начальных потерь, определяемое начальными потерями в аттенюаторах, реализованных на pin-диодах, и большое значение изменения фазы сигнала при изменении вносимого ослабления.
Наиболее близким к заявляемому устройству является аттенюатор СВЧ [2] (Микроэлектронные устройства СВЧ: Учеб. пособие для радиотехнических специальностей вузов/ Г.И. Веселов, Е.Н. Егоров, Ю.Н. Алехин и др.; Под ред. Г.И. Веселова. - М.: Высш. шк., 1988. - С. 84), состоящий из входного и выходного трехдецибельных направленных ответвителей, управляемого фазовращателя и двух согласованных нагрузок, один из рабочих выходов входного направленного ответвителя соединен с входом управляемого фазовращателя, выход которого соединен с одним входом выходного направленного ответвителя, другой выход входного трехдецибельного направленного ответвителя соединен с другим входом выходного направленного ответвителя, балластные выходы направленных ответвителей нагружены на согласованные нагрузки (прототип).
Недостатком устройства является большое значение прямых начальных потерь, определяемое начальными потерями в управляемом фазовращателе, большое значение дискрета изменения ослабления и большое значение изменения фазы сигнала при изменении вносимого ослабления.
Технический результат - уменьшение начальных потерь дискретного аттенюатора СВЧ с одновременным уменьшением значения дискрета изменения ослабления и уменьшение значения изменения фазы сигнала СВЧ при изменении вносимого ослабления.
Указанный технический результат достигается тем, что в аттенюатор СВЧ, содержащий входной и выходной трехдецибельные направленные ответвители, две согласованные нагрузки, подключенные к балластным выходам входного и выходного направленных ответвителей, вход входного направленного ответвителя является входом, а выход выходного направленного ответвителя - выходом устройства, дополнительно введены ослабитель с цифровым управлением и отрезок полосковой линии, один из рабочих выходов входного направленного ответвителя подключен к входу ослабителя с цифровым управлением, другой рабочий выход входного направленного ответвителя соединен с одним из выводов отрезка полосковой линии, выход ослабителя с цифровым управлением соединен с одним, а другой вывод отрезка полосковой линии - с другим рабочими входами выходного направленного ответвителя.
На фиг. приведена схема электрическая функциональная предлагаемого устройства. Устройство содержит две балластные нагрузки 1 и 6, два трехдецибельных направленных ответвителя 2 и 5, отрезок полосковой линии 3 и ослабитель с цифровым управлением 4.
Раскрытие сущности
Введение ослабителя с цифровым управлением и отрезка передающей линии в совокупности с трехдецибельными направленными ответвителями и балластными нагрузками, связанными между собой предложенным соединением всех элементов позволяет разделить мощность сигнала на два канала, в одном из которых включен ослабитель с цифровым управлением, а в другом - фазокомпенсирующий отрезок передающей линии, и векторно просуммировать канальные сигналы посредством использования в качестве сумматора трехдецибельного направленного ответвителя, вследствие чего достигается:
1. уменьшение вносимых прямых начальных потерь за счет двухканальности;
2. двухканальность и реализация принципа векторного сложения сигналов разной амплитуды, один из которых сохраняет неизменный уровень, а другой изменяется при воздействии управляющего сигнала ослабителя с цифровым управлением, приводят к уменьшению значения дискрета изменения ослабления при изменении кода управления ослабителя с цифровым управлением на единицу и уменьшению влияния фазы, вносимой ослабителем с цифровым управлением, на фазу суммарного сигнала на выходе устройства (при изменении управляющего кода), фазокомпенсирующий отрезок линии в канале без ослабления дополнительно минимизирует отклонение фазы в исходном состоянии управляющего кода, соответствующим максимальному значению коэффициента передачи устройства.
Устройство работает следующим образом. Сигнал поступает на вход первого трехдецибельного направленного ответвителя 2 и делится на две равные части. Одна часть сигнала с одного рабочего выхода ответвителя поступает на вход ослабителя с цифровым управлением 4, вторая часть сигнала с другого рабочего выхода направленного ответвителя 2 подается на отрезок передающей линии 3, электрическая длина которой компенсирует набег фазы ослабителя с цифровым управлением 4 при минимальном ослаблении. Далее управляемый по амплитуде сигнал с выхода ослабителя с цифровым управлением 4 через один из рабочих входов поступает на выходной трехдецибельный направленный ответвитель 5, где осуществляется его векторное сложение с другой частью сигнала, прошедшей через отрезок передающей линии 3 и поданной на другой вход выходного трехдецибельного направленного ответвителя 5.
Проведен численный эксперимент для сравнения предложенного устройства с прототипом. В предложенном устройстве использовался шестиразрядный ослабитель с цифровым управлением типа HMC472ALP4E. Вносимое ослабление: минус 2,0 дБ ÷ минус 30 дБ, значение дискрета вносимого ослабления на бит младшего разряда управляющего сигнала (шаг дискретного изменения ослабления): минус 0,5 дБ. В устройстве по схеме прототипа применялся шестиразрядный дискретный фазовращатель с цифровым управлением типа HMC647LP6(E). Значение минимального вносимого ослабления на разряд управляющего кода (шаг дискретного изменения сигнала) минус 4 дБ, максимальные вносимые потери при загрузке всех управляющих разрядов минус 24 дБ. Шаг дискретизации 5,6 градуса. Диапазон управления фазой: от нуля до 360 градусов.
Направленные ответвители типа «Ланге» изготовлены на подложке из поликора (ε=9.9) толщиной 0,5 мм. Ширина микрополосковых линий в области связи 0.1 мм, зазор между полосковыми линиями 0.08 мм, длина области связи 10 мм. Нагрузки безындуктивные тонкопленочные.
Расчетом установлено, что в сравнении с прототипом предлагаемое устройство имеет на 0,8 дБ меньшее значение потерь (0,95 дБ в предлагаемом устройстве и 1,8 дБ у прототипа), на 0,02…6,8 дБ меньшее значение дискрета изменения ослабления при изменении кода управления на единицу ((0,01…0,2) дБ у заявляемого устройства, (0,03…7) дБ у прототипа) и на 31,5 градуса меньшее значение изменения фазы при варьировании управляющих кодов (1,5 градуса в предлагаемом устройстве при 33 градусах у прототипа).
Использованные источники информации
1. Микроэлектронные устройства СВЧ / Н.Т. Бова, Ю.Г. Ефремов, В.В. Конин и др. К.: Технiка, 1984. - 184 с. - С. 146.
2. Микроэлектронные устройства СВЧ: Учеб. пособие для радиотехнических специальностей вузов / Г.И. Веселов, Е.Н. Егоров, Ю.Н. Алехин и др.; Под ред. Г.И. Веселова. - М.: Высш. шк., 1988. - С. 84 (Прототип).