Дискретный диодный свч-фазовращатель

(55 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(56) Авторское свидетельство СССРМ 368681; кл. Н 01 Р 1/10, 1970,Авторское свидетельство СССРМ 995165, кл. Н 01 Р 1/185, 1980,(57) Использование: изобретение относится к технике СВЧ и мо)".,т быть использовано для дискретного изменения фазысигнала. Сущность изобретения: в отрезкепрямоугольного волновода С емкостной ди.42учно-исследовательский Изобретение относится к регулируемым волноводным (сгройствам, а именно к дискретным фазовращателям с полупроводниковыми элементами, и может быть использовано в радиотехн, еской аппаратуре СВЧ-диапазона,Известны конструкц,и волноводнцх секций с резонансными диафрагмами, содержащими полупроводниковые элементы, образу)ощие п)рп-структуру, Такие секции используются в выключателях СВЧ мощности, главными характеристиками которых являются величины потерь в открытом и закрытом состояниях.Известна конструкция фазовращателя типа нагруженной линии, содержащего отрезок прямоугольного волн овода с резонансной диафрагм ой, В диафра(ме, у одной из афрагмой, поперек щели которой включены р)п-диоды, р-контакты которых соединены проводом, подключенным к цепи питания через узкую стенку отрезка волновода, металлическую перемычку, расположенную в зазоре емкостной диафрагмы, для повышения быстродействия при использовании малоемкостныл реп-диодов в диапазоне вносимого фазового сдвига (р, 5р25 О и увеличения механической прочности, щель емкостной диафрагмы снабжена двумя прямоугольными выступами, расположенными на противоположных кромках щели напротив друг друга между осью отрезка волновода перпендикулярно его широким стенкам и рп-диодами, а участок щели, включающий р(п-диоды, заполнен введенным диэлектриком, 1 ил. узких стенок волновода установлены р ч-диоды, р-контакты которых соединены проводом, подключенным к цепи питания через узкую стенку волновода, Вторая стенка выполнена в виде металлического ползуна,Развитием этой конструкции является фазовращатель с ри-диодами у одной из узких стенок волновода, в котором с целью расширения полосы рабочих частот установлена металлическая перемычка, расположенная в плоскости поперечного сечения, проходящей через р(п-диоды, С целью перестройки фазового сдвига эта перемычка может быть выполнена подвижной, Ее перемещение приводит к изменению амплитуд волн высших типов и, г- довательно, к изменению связей между контурами эквивалентной схемы фазовращателя, чтопозволяет установить требуемый фазовый сдвиг, Так как эквивалентная схема много- контурная, фазоеращатель более широкополосен, чем предыдущий.В рассмотренных ри-диодных выключателях и фазовращателях использовались диоды типа 2 А 505 А или 2 А 508 А, образующие ирп-структуру, перемыкающую щель диафрагмы. Диоды этих типов имеют высоту 1 мм, емкость около 1 пф и связанную с ней величину накопленного заряда около 200 нК. Время переключения этих диодов составляетф 10 мксек, Недостатком рассмотренных фазовращателей является низкое быстродействие, связанное с невозможностью использования в них малогабаритных диодов типа 2 А 517 или 2 А 543 с малым ( (1 мксек,) временем переключения ввиду изменения электродинамических свойств системы, При креплении таких малоемкостных диодов (Сд0,3 пФ) в прежнюю диафрагму появляется отрезок провода, перемыкающий щель, в результате чего не удается получить требуемые параметры и электродинамические характеристики: согласование в двух состояниях фазовращателя и низкую величину затухания,Целью изобретения являлось повышение быстродействия при использовании малоемкостных ри-диодов е диапазоне фазового сдвига вносимого каждым модулем 5 ОО 25 и повышение механической прочности.Это позволяет удовлетворить высокие требования по быстродействию к устройствам формирования и обработки сложных СВЧ сигналов, предъявляемые современными радиотехническими системами, Повышенное быстродействие, а также монолитное выполнение диафрагмы с диодами и их выводами, их герметизация расширяют область применения устройства, приводят к повышению его надежности и долговечности, уменьшают число отказов системы, повышают полезное время их функционирования и в результате экономят ресурсы.В основе изобретения лежат следующие свойства предложенной конструкции. Диафрагма с диодами является резонансной системой, причем каждому состоянию диодов соответствует свой резонанс параллельного типа, Выключенным диодам соответствует более высокая резонансная частота, Обе резонансные кривые пересекаются в центре рабочей полосы частот, прицем углы наклона в точке пересечения в сумме равны 180". В предложенной конст 30: ри-диодами. Участок щели, включающий 35 рп-диоды, заполнен введенным диэлектриком. При этом параметры конструкции= 0,039 + 0,01 р 50 55 5 10 15 20 25 рукции модули производных по частоте резонансных характеристик в центре рабочей полосы минимальны. Требуемая величина фазового сдвига, вносимого диафрагмой, определяется величиной ее КСВН на центральной частоте. Было найдено, что при увеличении параметровили с (фиг.1) КСВН точки пересечения резонансных кривых возрастает, при этом меняется наклон кривых, а точка пересечения перемещается в область низких частот при увеличенииили в сторону высоких частот при увеличении с, Величина этого смещения составляет несколько процентов от центральной частоты при измененииили с на 1 мм. Одновременно изменяяи с можно сохранять точку пересечения в центре рабочей полосы,меняя при этом уровень пересечения резонансных кривых. Таким образом достигается управление величинами КСВН и фазового сдвига, При этом на центральной частоте величина КСВН одинакова для сопряженных состояний диафрагмы с диодами, причем емкостное и индуктивное состояния дают одинаковые по модулю, но противоположные по знаку фазовые сдвиги,В отличие от прототипа щель емкостнойдиафрагмы модуля снабжена двумя прямоугольными выступами, расположенными на противоположных кромках щели напротив друг друга между осью отрезка волновода перпендикулярно его широким стенкам и,Ь оЬ - ширина и высота водновода, Ьо - ширина щели, с - расстояние от внутреннего края перемычки до боковой стенки волноеода, Ь - толщина диафрагмы, т и Ь - ширина выступов и величина зазора между ними, з - расстояние от диодов до выступов,- расстояние от выступов до узкой стенки волноеода, г - относительная диэлектрическая проницаемость заполнения, 4 - центральная длина волны рабочего диапазона.Конструкция диафрагмы представленака чертеже, где приняты следующие обозначения; 1 - отрезок прямоугольного волновода, 2 - диафрагма, 3 - р 1 п-диоды, 4 - отрезок провода, соединяющего диоды, 5 - 5 вывод для подключения источника питакия, 6 - выступы диафрагмы, 7 - диэлектрическое заполнение, 8 - металлическая перемычка.На основе этой конструкции были раз работаны дискретные диодные СВЧ фазовращатели с управляемыми фазовыми сдвигами 90 и 45 О, работающие в диапазоне частот 9,7 - 10,7 ГГц. Монтаж диодов конструкции типа Аили А, например 152 А 517 А, выполнен на противоположных стенках щели диафрагмы путем образования из двух рп-диодов структуры с перемычкой, от которой отходит общий выводпитания пары диодов, Вывод питания че реэ узкую стенку волновода не должен вносить нэ СВЧ дополнительную паразитнуюреактивность, а СВЧ герметизация по выводу питания обеспечивается симметриейнеоднородности по отношению к выводу, 25После этого область монтажа диодов, включая выступы щели диафрагмы, заливалиськлеем Кс диэлектрической проницаемостью я = 5,0, При этом диоды оказывалисьполностью герметизировэнными. Характеристики такой конструкции имеют инверсный тип, т,е, в обесточенном состояниидиодов реактивность м-дуля имеет индуктивный характер, э во включенном состоянии - емкосткой. 3590-ный разряд фазовращателя состоитиз среднего модуля типа А и двух, расположенных по разные стороны от негр модулейтипа А, отделенных от А отрезками волновода длиной Аь/4. Уровень пересечения резонансных кривых соответствует длямодуля А - КСВН =- 2.0 ( р = +19,5 ) и длямодуля В - КСВН = 1.51 (у = +11,5 ). Параметры модулей;А -= 5.5 м м, с =- 5,4 мм, д= 0 45В -= 4,2 мм, с = 3,5 чм,0,6 мм.Остальные параметры принимают одинаковые значения для обоих модулей В, = 5 мм,б=т=1,0 мм, 3=2 мм, 1-07 мм.45-ный разряд состоит иэ двух модулейтипа В, разделенных отрезком волновода4 ь/4,90-ный разряд имеет в каждом из двухфазовых состояний величину рассогласования на одном из краев рабочей (10 -ной)полосы, характеризуемую КСВН =1,3,Для состояния с включенными диодамиэто рассогласование нч,-:дт меси в высокочастотной области, а для состояния с выключенными диодами - в низкочастотной. Сооветственно на краю полосы возрастают суммарные потери, причем максимальная модуляция потерь при переключении не превышает 0,5 дБ. Потери в центре рабочего диапазона 0,2 дБ, а модуляция отсутствует, Стабильность фазы во всем диапазоне не хуже, чем +3. Указанная геометрия модулей сохраняется для диодов с емкостями 50,3 пФ, К ним, помимо диодов 2 А 517, относятся диоды 2 А 543 с емкостями 0,15 пф и высотой 0,2 мм, Время срабатывания фазовращателя на диодах 2 А 517 составляет 0,5 мксек, а на диодах 2 А 543 -0,15 мксек,Формула изобретения Дискреткый диодный СВЧ-фазовращатель, содержащий отрезок прямоугольного волновода с емкостной диафрагмой, поперек щели которой включены рп-диоды, р. контакты которых соедикены проводом, подключенным к цепи питания через узкую стенку отрезка волновода, металлическую перемычку, расположенную в зазоре емкостной диафрагмы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия при использовании малоемкостных ри-диодов в диапазоне вносимого фазового сдвига р, 5р25 О увеличении механической прочности, щель емкостной диафрагмы снабжена двумя прямоугольными выступа- . ми на противоположных кромках щели, один напротив другого, которые размещены между поперечной осью отрезка прямоугольного волновода и р 1 п-диодами, а участок щели включающий реп-диоды заполнен введенным диэлектриком, причем 1/а= 0,096+ 0,0074 р,с/а= 0,039 + 0,01 р,где Ьо/Ь=0,5; Ь/а=0,435; д/а= 1/а:==0,0435; з/а= = 0,087: Аэ= 0,03; = 5:Я(/э= 1.28)где а и Ь - ширина и высота волновода;Ьо - ширина щели;с - расстояние от края диафрагмы;б - толщина диафрагмы;1 и Ь - ширина выступов и величиназазора между ними;з - расстояние от диоров до выступов;1 - расстояние от выступов до узкойстенки волновода;я - относительная диэлектрическая проницаемость заполнения;А - центральная длина волны рабочегодиапазона,1775762 Составитель В.ЗубковТехред М.Моргентал Корректор И. Мус Реда Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 нно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,а, 10 оизво Заказ 4036 ВНИИПИ Госуда при ГКНТ СССР