Ограничитель СВЧ мощности

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в качестве защитного устройства на входе приемных каналов электронной аппаратуры для защиты от сигналов высокого уровня СВЧ-мощности, а также сигналов с частотами вне рабочей полосы пропускания.
Одним из основных элементов входной части приемников СВЧ являются устройства защиты от высокого уровня мощности входного сигнала, а также защиты от внеполосных помех (Л.Г. Гассанов и др. Твердотельные устройства СВЧ в технике связи. - М: «Радио и связь», с. 51, 142). Известны многочисленные конструктивные варианты таких устройств, в том числе устройства защиты на основе полупроводниковых управляющих элементов, преимущественно диодов, и полосно-пропускающих фильтров, выполненных на связанных резонаторах в виде отрезков квазисимметричных линий передачи. В комплексе эти устройства, имеют достаточно большие габариты, что является существенным недостатком при современных жестких требованиях к массогабаритным параметрам радиоэлектронных устройств различного назначения.
Известно защитное устройство, которое выполнено в виде микрополоскового полосового фильтра на полуволновых резонаторах шпилечного типа U-образной формы (патент РФ №199124). В одном или нескольких резонаторах между участками центрального проводника, противолежащими относительно его середины, включен ограничительный элемент в виде pin-диода. При поступлении сигнала большой мощности диод открывается и закорачивает часть резонатора, в силу чего собственная резонансная частота последнего перестраивается, и прохождение сигнала через него на рабочей частоте резко уменьшается. Недостатком рассматриваемого устройства являются большие габариты из-за использования полосно-пропускающего фильтра на полуволновых шпилечных резонаторах U-образной формы.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому ограничителю мощности является ограничитель СВЧ-мощности в микрополосковом исполнении, защищенный патентом РФ №150029. Ограничитель СВЧ-мощности сформирован в виде нескольких каскадов, содержит pin-диоды, попарно объединенные в группы посредством подключения анода одного pin-диода к катоду другого, соединенные между собой. В каждой группе один из pin-диодов соединен с корпусом посредством катода, а другой - посредством анода. Группа pin-диодов на входе ограничителя является наименее чувствительной и имеет наибольшее напряжение пробоя, а каждая последующая группа pin-диодов выполнена с возможностью увеличения уровня чувствительности и уменьшения величины напряжения пробоя.
Достоинством рассматриваемого устройства являются небольшие габариты, а недостаток его - недостаточно высокий уровень быстродействия из-за необходимости использования pin-диодов с высокими пробивными напряжениями, что приводит к ухудшению быстродействия при их переключении. Из-за невозможности регулирования падающей на первый каскад мощности, приходится устанавливать на входе более мощные диоды, которым свойственно невысокое быстродействие.
Задачей, решаемой полезной моделью, является разработка малогабаритного ограничителя СВЧ-мощности с высоким быстродействием.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый ограничитель СВЧ-мощности, так же, как и известный, выполнен на основе микрополосковой линий в виде каскадов с pin-диодами, причем один из каскадов соединен с землей через дроссель, один конец линии является входом ограничителя, а другой конец его выходом. Но, в отличие от известного устройства, в предлагаемом входной полосок микрополосковой линии дополнительно соединен с двумя разомкнутыми микрополосками, концы которых соединены с анодами дополнительных pin-диодов, катоды которых соединены с землей, а катоды pin-диодов в остальных каскадах также соединены с землей.
Достигаемым техническим результатом является увеличение быстродействия ограничителя мощности.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства.
Приведенный на фиг. 1 пример выполнения полоскового ограничителя мощности выполнен в виде 3-х каскадов. Вход первого каскада - полосок 1 является входом всего ограничителя мощности, полосок 2 - выходом.
Первый каскад включает в себя разомкнутые полоски 3 и 4, к концам которых анодами присоединены pin-диоды 5 и 6, катоды которых соединены с землей. Между первым и вторым каскадами на отрезке микрополосковой линии 7 установлен дроссель 8 как цепь постоянного тока. Данный дроссель может располагаться в любом месте ограничителя. В приведенном примере указанное расположение использовано для наилучшего согласования с первым каскадом. Второй и третий каскады ограничителя содержит pin-диоды 9 и 10, включенные катодом на землю. Длина микрополосковой линии 11 между вторым и третьим каскадами может быть равна четверти длины волны для обеспечения наименьшего уровня просачиваемой мощности в режиме ограничения.
Работу СВЧ-ограничителя можно описать двумя режимами: первый - режим малого СВЧ-сигнала, когда ограничение сигнала не требуется. В этом режиме ограничитель должен иметь минимальные потери в полосе пропускания и максимальные потери вне полосы для подавления высокочастотных внеполосных помех. В данном режиме pin-диоды 5 и 6 закрыты и имеют высокое сопротивление. В таком случае первый каскад ограничителя имеет полосу пропускания для прохождения полезного сигнала, а также полосу заграждения для подавления внеполосных помех. Pin-диоды последующих каскадов при закрытых диодах 9 и 10 также пропускают полезный сигнал, поскольку большое сопротивление параллельно подключенных в линию pin-диодов вносит малые потери. Другим режимом является режим ограничения. В данном режиме ограничитель должен понизить уровень сигнала до определенного минимального значения и, следовательно, иметь значительные потери в полосе. В этом режиме, когда СВЧ-сигнал превышает порог ограничения СВЧ ограничителя, pin-диоды переходят в открытое состояние и, соответственно, их последовательное сопротивление становится на порядки меньше. В первом каскаде ограничителя микрополоски 3 и 5 становятся короткозамкнутыми на землю, характеристики каскада изменяются и его потери возрастают. Наибольшие потери в данном режиме каскад вносит при длине микрополосков близких к нулю, однако падающая на pin-диоды мощность в таком случае является максимальной. При увеличении длины разомкнутых микрополосков в первом каскаде уменьшаются вносимые потери, таким образом, при длине микрополосков близкой к четверти длины волны на pin-диодах будет рассеиваться минимальная мощность, однако каскад практически не будет вносить потери. Соответственно, выбирая длину микрополосков в каскаде в пределах меньше четверти длины волны, можно установить необходимый уровень потерь, вносимый первым каскадом в режиме ограничения, а также приемлемое значение падающей на pin-диоды мощности, которое не приведет к деградации, либо пробою структуры маломощных, но быстродействующих pin-диодов на концах разомкнутых микрополосков первого каскада.
Как видно из описания конструкции и работы ограничителя СВЧ-мощности регулирование длины микрополосков в первом каскаде, а соответственно, падающей на pin-диоды мощности, позволяет использовать менее мощные, а следовательно быстродействующие pin-диоды, за счет применения которых быстродействие самого ограничителя увеличивается.