АТТЕНЮАТОР

Предложение относится к радиотехнике, в частности к устройствам, предназначенным для понижения электрического напряжения, силы тока, мощности электрических или электромагнитных колебаний, а именно к конструкциям аттенюаторов.
Предложение может быть использовано для фиксированного ослабления амплитуды электрических сигналов в радиоизмерительной технике.
Из уровня техники известно устройство для ослабления сигналов, включающее элементы, соединенные по Т-образной схеме, при прохождении через которые сигнал ослабляется соответственно на 4 дБ и 8 дБ [1].
Известен также аттенюатор, имеющий резистивные пленочные элементы, сформированные на диэлектрической подложке [2].
Известно широкополосное включаемое и выключаемое резистивное устройство из коаксиальной линии, рассчитанное на большие мощности, содержащее продольное сопротивление образованное заполненным жидкостью отсеком, который перемыкается трубчатой металлической деталью [3].
Недостатками указанных известных устройств являются сложность конструкции, значительные габариты и низкая надежность работы.
Известен также микрополосковый аттенюатор, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой нанесен проводящий экран, а на другой стороне постоянный по ширине слой резистивного материала, на который нанесены проводники, разделенные выполненными под углом к продольной оси аттенюатора щелями (заполненными резистивным материалом), причем в средней части аттенюатора щели выполнены сквозными [4].
Недостатками указанного устройства являются: во-первых, малая допустимая рассеиваемая мощность; во-вторых, возможность локального перегрева в местах соединения резистивного материала и проводников; в-третьих, возможность электрического пробоя в местах соединения резистивного материала и проводников.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является Т-образный аттенюатор или цепь с одинаковыми импедансами на обоих входах, включающий три сопротивления цилиндрической формы, размещенные в полости прямоугольного корпуса [5].
Недостатком известного устройства является то, аттенюатор такой конструкции (Barth Electronics) допускает входное напряжение только до 10 кВ. В данном аттенюаторе использованы пленочные сопротивления, которые достаточно чувствительны к кратковременным перегрузкам (время перегрузки по напряжению составляет до 200 нс).
Технический результат предложения заключается в создании компактного устройства с повышенными параметрами средней мощности и температуры.
Для достижения указанного технического результата в аттенюаторе, включающем сопротивления, размещенные в полости корпуса и соединенные между собой с образованием Т-образной конструкции, согласно предложению, сопротивления выполнены из полупроводникового материала, а полость корпуса заполнена профилированной вставкой из материала с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости. При этом,
согласно предложению, сопротивления выполнены из кремния, а профилированная вставка выполнена из теплопроводной керамики и имеет округления в зонах излома профиля.
Наличие отличительных признаков, а именно, выполнение сопротивлений из кремния, заполнение полости корпуса профилированной вставкой из теплопроводной керамики со округлениями в зонах излома профиля, свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна».
Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид аттенюатора в аксонометрии (одна половина корпуса не показана); на фиг.2 представлен продольный разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 представлен поперечный разрез Б-Б на фиг.1.
Следует учесть, что на чертежах для большей ясности представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа технического решения, а сопутствующее оборудование, хорошо известное специалистам в данной области, на чертежах не представлено.
Аттенюатор включает прямоугольный металлический корпус 1, состоящий из двух идентичных половин, соединенных крепежными элементами, например винтами (фиг.1, одна половина корпуса 1 и крепежные элементы на чертеже не показаны). В каждой половине корпуса 1 выполнена выемка для размещения основных элементов.
Одним из основных элементов является полупроводниковое сопротивление 2 из кремния, расположенное по продольной оси устройства и выполненное в виде цилиндрического стержня, состоящего из двух частей. На входе и выходе из корпуса 1 на концах стержня выполнены разъемы для подключения аттенюатора к другим устройствам.
Основным элементом также является полупроводниковое сопротивление 3, расположенное в плоскости перпендикулярной по отношению к плоскости полупроводникового сопротивления 2 (фиг.2, 3).
Сопротивление 3 выполнено из кремния в виде профилированного стержня, который соединяет части сопротивления 2 по центральной поперечной оси аттенюатора. Таким образом, две части сопротивления 2 и сопротивление 3 образуют Т-образную конструкцию.
При этом все три сопротивления размещены внутри диэлектрической вставки 4, которая выполнена профилированной со округлениями в зонах излома профиля для достижения большей электрической надежности устройства.
Для увеличения допустимой средней мощности вставка 4 выполнена из теплопроводной керамики с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости, при этом обеспечивается возможность эффективного отвода тепла, выделяющегося на сопротивлениях 2 и 3, на металлический корпус 1.
Устройство работает следующим образом.
Входной разъем аттенюатора подключают, например, к разъему выхода генератора высоковольтных импульсов. Генератор импульсов имеет следующие параметры: 20 кВ при нагрузке 20 Ом, время нарастания импульса 200 пс по уровню 0.1-0.9, длительность импульса 10 не по уровню 0.5, время спада 3 не по уровню 0.1-0.9.
Заявляемое устройство обеспечивает следующие параметры: максимальное входное напряжение - до 20 кВ; коэффициент деления 26 dB (20 раз); полоса пропускания 18 ГГц.
При этом выходной разъем устройства соединяют последовательно с двумя более низковольтными широкополосными аттенюаторами соответственно с полосой пропускания 28 ГГц, с коэффициентом ослабления 30 dB каждый и максимальным входным напряжением 1500 В.
К выходному разъему последнего аттенюатора подсоединяют кабель с волновым сопротивлением 50 Ом.
Вторым концом кабель соединяют с осциллографом, который имеет следующие характеристики: полоса пропускания 3 ГГц; входное сопротивление 50 Ом; полоса пропускания 26 ГГц.
Осциллограф позволяет измерять форму импульсов, однако допустимое напряжение, которое можно подавать на вход осциллографа составляет 5 В. Для нашего примера, суммарный коэффициент ослабления будет складываться следующим образом: 26dB+30dB+30dB=86dB=20000 раз.
Таким образом, импульс с амплитудой 20кВ будет ослаблен до импульса с амплитудой в 1 В, что вполне пригодно для измерений на осциллографе. Полоса пропускания всего измерительного тракта равна наименьшей полосе пропускания любой из его частей, то есть 18 ГГц в передающем тракте и 3 ГГц в измерительном. Этого достаточно для измерения импульса с временем нарастания напряжения 200 пс.
Заявляемый аттенюатор построен на основе полупроводникового сопротивления 2 из кремния, при этом в конструкцию аттенюатора введена вставка 4 из материала с высоким значением коэффициента диэлектрической проницаемости (фиг.1).
Это позволяет увеличить максимальное допустимое напряжение до 20 кВ и выше при тех же, что и у прототипа геометрических размерах аттенюатора (100×65×30 мм). Применение полупроводникового материала (кремния) позволяет использовать аттенюатор в условиях повышенной средней мощности (по сравнению с прототипом от Barth Electronics вместо 10 Вт до 50 Вт) и высокой температуры (до 180°С). В совокупности такие параметры невозможно получить в известных из уровня техники устройствах.
Устройство было разработано в ООО «Антарес» и успешно использовано на предприятии заказчика.
Из вышесказанного следует, что изготовление данного устройства промышленным способом не вызывает затруднений, предполагает использование освоенных материалов и стандартного оборудования, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Источники информации:
1. Патент JP №3362931, H03H 7/24, 2004;
2. Патент JP №3112174, Н01Р 1/22, 2001;
3. Патент DE №04301583, Н01Р 1/22, 1996;
4. Авторское свидетельство SU №1548817, Н01Р 1/22, 1990;
5. Патент US №3665347, Н01Р 1/22, 1972.