ОГРАНИЧИТЕЛЬ СВЧ-МОЩНОСТИ

Ограничитель мощности СВЧ предназначен для защиты входа чувствительного приемного устройства от перегрузки и выхода из строя под действием сигнала собственного передатчика или мощного стороннего сигнала.
Известен неуправляемый (пассивный) автономный ограничитель СВЧ-мощности [Крутов А.В., Ребров А.С. Монолитная интегральная схема защитного устройства. Новые функциональные возможности. Материалы 17-й Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» Севастополь, Крым, Украина, 2007 г., т.1, с.79-80], реализованный по схеме двухкаскадного защитного устройства на диодах с барьером Шоттки (диодах Шоттки), включенных встречно-параллельно в каждом каскаде.
jo
При низком уровне мощности данное устройство можно представить в виде эквивалентной схемы, соответствующей схеме фильтра низких частот, приведенной на фиг.1, где C - эквивалентная емкость барьера диодов Шоттки.
При высоком уровне мощности, когда амплитуда сигнала превышает уровень барьера Шоттки, происходит шунтирование части сигнала, превышающей уровень барьера, и, соответственно, ограничение проходящей мощности.
Каждый из встречно включенных диодов ограничивает мощность с прямой для себя полуволной (фиг.2). При этом мощность частично отражается, частично рассеивается на диодах Шоттки.
jo
Рабочий диапазон частот данной схемы определяется по уровню прямых потерь, вносимых устройством. Поскольку эквивалентная схема устройства соответствует схеме фильтра низких частот, потери определяются значением емкости C и степенью ее согласования при помощи микрополосковых линий.
Недостатком ограничителя является низкий уровень максимально допустимой входной мощности, обусловленный уровнем максимально допустимой мощностью рассеиваемой на диодах Шоттки.
jo
Уровень рассеиваемой мощности на диодах можно увеличить за счет увеличения площади барьеров Шоттки у диодов, однако это влечет за собой увеличение емкости барьеров C и уменьшение рабочего диапазона частот.
Задачей полезной модели является увеличение уровня максимально допустимой входной мощности ограничителя СВЧ-мощности на основе диодов Шоттки за счет увеличения уровня мощности, рассеиваемой на диодах Шоттки, при одновременном сохранении рабочего диапазона частот.
Для решения поставленной задачи в ограничителе СВЧ-мощности содержащим отрезок линии передачи один конец, которого является входом ограничителя, а другой его конец - выходом, шунтирующие эту линию два каскада диодов Шоттки, соединенные встречно-параллельно в каждом каскаде, при этом диоды первого каскада выполнены в виде диодных матриц, в которых число диодов в столбцах и число столбцов соответствует m≥2, а каждый диод представляет собой базовую ячейку, состоящую, по меньшей мере, из двух параллельно соединенных диодов.
+
Эпитаксиальная структура диодов Шоттки включает последовательно нанесенные на подложку n-контактный слой с омическим контактом и n-контактный слой с барьером Шоттки.
Омические контакты диодов Шоттки базовой ячейки сформированы в виде единой площадки, а барьеры Шоттки разнесены и соединены параллельно.
Технический результат заявленного технического решения заключается в увеличении максимально допустимой входной мощности за счет увеличения уровня мощности, рассеиваемой в первом каскаде ограничителя СВЧ мощности, при одновременном сохранении рабочего диапазона частот.
jо
Увеличение уровня мощности рассеиваемой в первом каскаде обеспечивается за счет использования в качестве диодов первого каскада диодных матриц. Каждая матрица состоит из диодов, в которой число столбцов и число диодов в каждом столбце соответствует m≥2, при этом эквивалентная емкость С первого каскада защитного устройства за счет последовательного включения m-диодов Шоттки в столбцах остается неизменной, а значит не изменяется и диапазон рабочих частот, а включение параллельно m-столбцов, позволяет увеличить рассеиваемую на них мощность в m раза, а значит во столько же раз увеличится максимально допустимая мощность.
Дополнительным техническим результатом является улучшение теплорассеивания и увеличение мощности выгорания ограничителя. Каждый диод Шоттки представляет собой базовую ячейку гребенчатого вида, состоящую, по меньшей мере, из двух параллельно включенных диодов, омические контакты которых сформированы в виде единой площадки, а барьеры Шоттки разнесены и соединены параллельно. Площадь рассеивания тепловой энергии при этом увеличивается, что позволяет улучшить теплоотвод ограничителя.
Заявляемый ограничитель СВЧ-мощности отвечает всем критериям патентоспособности полезной модели.
Техническое решение ограничителя СВЧ-мощности соответствует критерию полезной модели новизна, поскольку аналогичные известные из уровня техники решения не обладают тождественной совокупностью признаков.
Заявляемое техническое решение является промышленно применимым, поскольку оно может быть использовано в производстве монолитных интегральных микросхем в условиях промышленного предприятия.
+
На фиг.1 представлена принципиальная схема ограничителя-прототипа, фиг 2 - принципиальная схема ограничителя СВЧ-мощности с пояснением его работы, в режиме ограничения высокого уровня мощности, фиг.3 - эквивалентная схема защитного устройства при низком уровне входной мощности, фиг.4 - принципиальная схема заявленного двухкаскадного ограничителя СВЧ-мощности, первый каскад которого реализован в виде 2-х матриц включенных встречно-параллельно, например, состоящих из 3 параллельных столбцов, в каждом из которых последовательно включены 3 диода Шоттки, т.е. m=3, фиг.5 - диод Шоттки на эпитаксиальной структуре, порядок включения активных слоев которой представляет собой последовательно нанесенные на подложку n -контактный слой с омическим контактом и n-контактный слой с барьером Шоттки, фиг.6 - базовая ячейка гребенчатого вида, состоящая, например, из 4-х параллельно включенных диодов Шоттки.
Ограничитель СВЧ-мощности содержит линию передачи 1, один конец которой является входом ограничителя, а другой выходом. Линию передачи шунтируют два каскада диодов Шоттки. Первый каскад состоит из двух матриц 2 и 3 состоящих из m столбцов и m диодов Шоттки в каждом столбце, при этом m≥2. Матрицы первого каскада включены встречно-параллельно. Второй каскад состоит из двух включенных встречно-параллельно диодов Шоттки 4 и 5. В качестве линии передачи 1 используется микрополосковая линия передачи. Каждый из диодов Шоттки представляет собой базовую ячейку (фиг.6), представляющую собой структуру гребенчатого вида, например, из четырех параллельно соединенных диодов, формируемых в полупроводниковом эпитаксиальном слое, выращенном на полуизолирующей подложке (например, на арсенидо-галллиевых структурах). Омические контакты данных диодов сформированы в виде единых площадок, а барьеры Шоттки разнесены и соединены параллельно, что позволило увеличить теплорассеивание ограничителя.
Предлагаемый ограничитель СВЧ-мощности работает следующим образом.
При низком уровне входной СВЧ-мощности, когда амплитуда сигнала меньше высоты барьера Шоттки, диодные матрицы 2 и 3 и диоды 4 и 5 практически не влияют на прохождение СВЧ-сигнала. Вносимые потери предлагаемого ограничителя мощности в режиме низкого уровня мощности малы.
При высоком уровне мощности, когда амплитуда сигнала превышает уровень барьера Шоттки, происходит шунтирование части СВЧ-сигнала, превышающей уровень барьера, и, соответственно, ограничение проходящей мощности.
Первый каскад предлагаемого ограничителя СВЧ-мощности состоит из m параллельных столбцов, состоящих из m последовательно включенных диодов Шоттки, при этом мощность, выделяющаяся на одном диоде в столбце в m раз меньше по сравнению с устройством-прототипом.
jо
Для сохранения эквивалентной емкости С первого каскада используется последовательное включение m-диодов Шоттки в столбцах. При этом мощность ограниченная первым каскадом соответствует падению напряжения на m последовательно включенных барьерах Шоттки.
Мощность, ограниченная первым каскадом, поступает на второй каскад защитного устройства и должна быть безопасной для его работы. Исходя из этого условия, выбирается число m, определяющее число параллельно включенных столбцов и последовательно включенных в столбцах диодов первого каскада.
Дополнительное увеличение теплорассеивания диодов Шоттки первого и второго каскадов обеспечивается за счет увеличивается площади омического контакта и разнесением барьера Шоттки диодов, которое определяется введением базовой ячейки состоящей, по меньшей мере, из 2-х параллельно включенных диодов Шоттки.