Свч-управляющее устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1739407 5 Н 01 Р 1/15 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВТОРСКОМУ ТЕЛ Т еский институтнкин и А.С.Шнит,М 2 ч, М 2584,Наиболее бл ляется СВЧ-упра держащее отр волновода, диэле ластями металли образующими во к которой подкл нарной линии и ся повышение рабочей входстройства. ается тем, что тво, содержаизобретения явля режиме запирани сти и надежности ленная цель дости авляющее устрой Целью развязки в ной мощно Поста в СВЧ-упОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(56) 1. 1 ЕЕЕ Тгапз. оп МТТ1989, р.307 - 316.2. Патент США М 464кл. Н 01 Р 1/15, 1987,(54) СВЧ-УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Использование: в радиоприемных и р диопередающих устройствах, Сущнос Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в радиоп риемн ых и радиопереда ющих устройствах.Известно СВЧ-управляющее устройст-. во, содержащее волноводно-щелевую линию передачи, в которую включены один или несколько управляющих полупроводниковых диодов 1.Недостатком таких устройств является влияние нескомпенсированных реактивных составляющих импеданса диода, ухудшающее параметры устройства в рабочей полосе частот,эким к предлагаемому яввляющее устройство, соезок прямоугольного ктрическую подложку с обации на одной ее стороне, лноводно-щелевую линию, ючены два отрезка копларедачи, между которыми 2изобретения: в отрезке прямоугольного волновода размещены первая и вторая идентичные диэлектрические подложки, которые установлены параллельно одна другой на расстояниях от узких стенок отрезка и рямоугольного волновода, равных 1/3 размера его широкой стенки. На одной стороне каждой диэлектрической подложки размещены первые области металлизации, образующие волноводно-щелевую линию передачи, а на другой стороне - полосковый проводник перпендикулярно щели с образованием перехода от полосковой к щелевой линии передачи, В разрыв полосковых проводников включены управляемые диоды. 2 ил,включен управляющий диод. Подбирая длину отрезков копланарной линии, удается скомпенсировать реактивные составляющие импеданса диода в режиме пропускания и запирания 2,Недостатком устройства является сравнительно низкое значение развязки в режимах запирания из-за небольшой длины отрезка с волноводно-щелевой линией, являющегося запредельным волноводом для волны рабочего типа, часть входного сигнала проходит на выход, минуя волноводнощелевую линию. Устройство с одиночным диодом характеризуется также невысокой рабочей входной мощностью и надежно(3) щее отрезок прямоугольного волновода, в котором размещена первая диэлектрическая подложка с первыми областями металлизации на одной ее стороне, образующие волноводно-щелевую линию передачи, и первый диод, введены вторая дизлектрическая подложка, идентичная первой, первый и второй полосковые проводники и второй диод, при этом первый диод включен в разрыв первого полоскового проводника, который выполнен разомкнутым на обоих концах и размещен на другой стороне первой диэлектрической подложки перпендикулярно щели в волноводно-щелевой линии и образует переход от полосковой линии передачи к волноводно-щелевой линии, на второй диэлектрической подложке идентично с первой диэлектрической подложкой выполнены вторые области металлизации и полосковый проводник, в разрыв которого идентично первому диоду включен второй диод, первая и вторая диэлектрическая подложки установлены параллельно одна другой и на одинаковых расстояниях от узких стенок отрезка прямоугольного волновода, выбранных равными 1/3 размера его широкой стенки. На фиг,1 показана конструкция предлагаемого устройства, на фиг.2 - его эквивалентная схема на СВЧ,Отрезок прямоугольного волновода 1 содержит диэлектрическую подложку 2. На одну ее поверхность нанесены области металлизации 3, образующие волноводно-щелевую линию (на фиг.1 б границы областей металлизации на нижней поверхности подложки показаны пунктиром). На противоположной поверхности подложки размещен полосковый проводник 4, в разрыв которого включен диод 5. К контактной площадке 6 присоединен проводник 7 для подачи смещения на диод 5, Металлизированное сквозное отверстие 8 замыкает цепь управляющего (постоянного) тока на область металлизации волноводно-щелевой линии, соединенную с корпусом волновода, Отрезки высокоомных линий 9 и 10 длиной А/4 служат для развязки цепей постоянного тока и СВЧ тока, Вторая диэлектрическая подложка 11, идентичная первой, размещена параллельно ей в Е-плоскости волновода симметрично относительно осевого сечения. Расстояние от каждой подложки до ближайшей узкой стенки равно а/3, где а - широкий размер волновода,Устройство работает следующим образом.В режиме пропускания на каждый диод подается обратное смещение, и они харак 5 10 15 20 25 30 35 40 45 теризуются высоким импедансом, обусловленным в основном малой емкостью диода, Этот импеданс трансформируется в волноводно-щелевую линию таким образом, чтобы скомпенсировать емкостную проводимость диода и обеспечить в сечении его эквивалентного включения режим, наиболее близкий к холостому ходу. При этом входной сигнал проходит на выход управляющего устройства с минимальными потерями. В режиме запирания на диод подается прямое смещение, он переходит в состояние с низким импедансом, имеющим индуктивный характер, определяющийся конечной индуктивностью выводов. В этом режиме в точке пересечения волноводно-щелевой линии с полосковым проводником реализуется режим, близкий к короткому замыканию, благодаря компенсации индуктивной. составляющей импеданса диода, что приводит к максимальному ослаблению выходного сигнала,Выполнение названных условий компенсации реактивных элементов в двух режимах дэстигается выбором длин отрезков полоскового проводника, Длина 11 отрезка полоскового проводника от первого разомкнутого конца до центра щели (фиг,2 а) выбирается равной Я/4 , где А - длина волны в полосковой линии. При этом обеспечивается эквивалентное параллельное подключение полосковой линии к волноводно-щелевой, как показано на модифицированной схеме (фиг.2 б), Здесь через 5 обозначен импеданс диода,Определим длину 2 отрезка полоскового проводника от центра щели до точки включения диода и длинуз отрезка полоскового проводника от точки включения диода до второго разомкнутого конца, считая заданным характеристическое сопротивление полосковой линии 2 с (его значение может быть взято стандартным, равным, например, 50 Ом).Рассмотрим режим пропускания, считая импеданс диода при обратном смещении Еа 1 чисто емкостным: где С - емкость диода.Входной импеданс отрезка полосковойлинии длиной, разомкнутой на конце, равен(фиг,2 б) Импеданс в точках ав равенав 1 = 2 а 1 + аб.(4) 2 гд 1 =2 С 5 + в(. - 1/вС)/22 с отнош я реж уравн Из вание д получае(Й -в - 1/вС- в - 1/вС 1/2 2 с+(" ниям тригонометениях (8) соответ-12 и 1 з, лежащие 2, С учетом этого ем импе дуктивн(7 Обозначим: 2 л 1 з 2 л 12ц - Л - ,У=9 - Л -где Х и У определяюти (13),Выбранные такирезкое полоскового иют компенсацию реаимпеданса диода в омальные параметрыства на рабочей част я соотношениями (1 учаем уравне 35 образом размеры отроводника обеспечивативных составля ющих боих режимах и оптиправляющего устройте.(5) иХ Выразив У изие относительно г 2 Х 2+ г,(1/в в )Х+2 с вляется выраже го решен Импеданс отрезка полосковой линии, подключенного к волноводно-щелевой.линии составляет ений (1) - (4), учитывая требоима пропускания 22 а 1 - Оо, ение, связывающее 12 и 1 з1 2 сстд -- ) тд - г =О. (5)2 л 13 2 л 12 анализе режима запирания считаданс прямосмещенного диода ин- ым где- индуктивность выводов.Определив по соотношениям,(3) и (4) НОВЫЕ ЗНаЧЕНИЯ 2 ав 2 И 2 гд 2 ПРИ УСЛОВИИ МаК- симальной РазвЯзки 2 гд 2 О, полУчаем второе уравнение относительно 12 и 1 з. Для определения однозначноого физически возможного решения рассмотрим гипотетический случай "идеального диода", для которого С=О, =0,2 д 1 = ф,2 д 2=0,(11)Этому случаю соответствуют 2 = п Л/2 и 50 1 з = (2 п - 1) Л/4, что обеспечивает 2 гд 1 = оо и 2 гд 2 = О. (п0 - целое число, котоРое на практике берется равным 1). С учетом (8) получаем требование Х = О, что при выполнение условий (11) является единственным решением уравнения (9). Этому решению соответствует положительный знак перед квадратным корнем в выражении (10). Таким образом,окончательно имеем( (в - 1/вС) - 4 ф - 1 С)+ Из уравнения (6) находим Отрицательным знач рических функций в выра ствуют наименьшие длин в интервале от Л/4 до Л получаем 1+ - агсщ У) при У 0, (1 1 Размещение полоскового проводника на поверхности подложки, свободной от металлизации волноводно-щелевой линии, существенно облегчает выполнение отрезков требуемой длины, монтаж диода и подачу управляющего сигнала, Не требуется изоляция одной из областей метализации волноводно-щелевой линии от корпуса, вызывающая значительные технические трудности (особенно в малогабаритных устройствах миллиметрового диапазона волн), Автоматически выполняется условие изоляции цепей подачи управляющего сигнала от металлизации волноводно-щелевой линии. Таким образом достигается упрощение конструкции устройства.Введение второй диэлектрической подложки, идентичной первой, разбивает волновод на три части шириной а/3 каждая, Это.Гр 1 - У д 55 позволяет увеличить степень запредельности каждой части волновода на рабочей частоте и снизить уровень сигнала, проходящего на выход в режиме запирания непосредственно по волноводу, минуя волноводно-щелевую линию, т.е. повысить развязку в этом режиме, Симметричное расположение подложек и подключение диодов с помощью полосковых проводников к точкам волноводно-щелевой линии, расположенным в общем сечении волновода, приводит к равномерному распределению входного сигнала между двумя диодами, что обеспечивает дополнительные преимущества. Если эквивалентная суммарная проводимость диодов выбирается равной эквивалентной проводимости одиночного диода в однодиодном устройстве, сочетание основных параметров управляющего устройства вносимых потерь в режиме пропускания и развязки в режиме запирания) не изменяется, Однако из-за улучшения условий теплоотвода от диодов, размещенных на разных подложках, повышается допустимая входная мощность. Кроме этого, выход из строя одного из диодов не приводит к полной потере работоспособности устройства. В этом случае снижаются развязка в режиме запирания и рабочая входная мощность, но устройство не выходит полностью из строя, что повышает его надежность,Формула изобретения СВЧ-управляющее устройство, содержащее отрезок прямоугольного волновода, в котором размещена первая диэлектриче ская подложка с первыми областями металлизации на одной ее стороне, образующие волноводно-щелевую линию передачи, и первый диод, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения развязки в режиме за пирания, рабочей входной мощности и надежности, введены вторая диэлектрическая подложка, идентичная первой, первый и второй полосковые проводники и второй диод, при этом первый диод включен в разрыв пер вого полоскового проводника, который выполнен разомкнутым на обоих концах и размещен на другой стороне первой диэлектрической подложки перпендикулярно щели в волноводно-щелевой линии передачи и об разует переход от полосковой к щелевой линии передачи, на второй диэлектрической подложке идентично с первой диэлектрической подложкой выполнены и размещены вторые области металлизации и второй поло сковый проводник, а разрыв которого идентично первому диоду включен второй диод, первая и вторая диэлектрические подложки установлены параллельно одна другой и на одинаковых расстояниях от узких стенок от резка прямоугольного волновода, выбранныхравными 1/3 размера его широкой стенки,-с с с 5 0 Составитель А.Шнитниковедактор М.Янкович Техред М.Моргентал Корректор Т,Палии твенно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагари из Заказ 200" Тира ВНИИПИ Государственного 113035, М