9. 4. Применение диодных ключей

Рассмотрим различные устройства СВЧ, использующие ключи на PIN диодах.

Н

Рис. 9. 15

а рис. 9. 15 приведена структура простого переключателя «прием-передача», коммутирующего антенный вход. Подавая положительный сигнал на управляющий вход (DC Supply) открываем диоды D1, D 2. Сопротивление последнего, за счет четвертьволнового отрезка ЛП, трансформируется в сопротивление холостого хода и цепь «антенна-приемник» оказывается разомкнутой, а цепь «антенна-передатчик – замкнутой. При отрицательном сигнале отключается передатчик, а антенна присоединяется к приемнику.

С помощью ключей можно создать управляемый фазовращатель (ФВР), обеспечивающий дискетный сдвиг фазы. Различают ФВР на «проход» и ФВР на «отражение». В первом случае с помощью двух переключателей на два положения коммутируются два отрезка ЛП разной длины. В результате сдвиг фазы равен . Здесь – длины отрезков, – длина волны в ЛП. ФВР на «отражение» показан на рис. 9. 16. Ферритовый циркулятор, включенный между входом и выходом, cлужит для разделения падающей и отраженной волн. Отрезок закороченной ЛП подключен к верхнему порту циркулятора. Если ключ (SPST diode switch) разомкнут, то фаза сигнала на выходе будет пропорциональна удвоенной длине закороченного отрезка ЛП, если он замкнут, то н

Рис. 9. 16

абег фазы будет меньше на . Зависимость сопротивления PIN диода от управляющего тока почти линейна (рис. 9. 17 для диода UM9552).

Рис. 9. 17

По горизонтали отложен управляющий ток в мА, по вертикали сопротивление диода в Омах. Управляемое сопротивление диода может быть использовано для реализации аттенюаторов и модуляторов СВЧ. На рис. 9. 18 приведена схема (треугольники на схеме означают общий провод – землю) аттенюатора на основе квадратурного (шлейфного моста).

П

Рис. 9. 18

ри полностью открытых диодах сигнал на выходе равен нулю, так как порты 2 и 3 моста (к которым присоединены диоды) согласованы. При полностью запертых диодах порты рассогласованы и сигнал на выходе максимален. Если в качестве управляющего сигнала (DC SUPPLY) использовать низкочастотный сигнал, то выходной сигнал будет промодулирован по амплитуде этим сигналом.

10. Аттенюаторы свч

Аттенюаторы (АТТ) служат для уменьшения уровня сигнала. Используются как АТТ с фиксированным уровнем ослабления, так и АТТ с переменным (регулируемым) уровнем ослабления (смотри раздел 9. 4). Первые выполняются, как правило, на основе сосредоточенных резисторов и поэтому их параметры практически не зависят от частоты. Рассчитаем структуру такого устройства.

Р

Рис. 10. 1

ассмотрим схему, представленную на рис. 10. 1. Собственно аттенюатор состоит из сопротивлений , сопротивления равны волновому сопротивлению линии передачи, в разрыв которой включен аттенюатор. Зададимся ослаблением сигнала на выходе аттенюатора (на зажимах параллельного соединения ) до по отношению к напряжению на входе (на зажимах сопротивления ) , равным: . Потребуем чтобы и входное сопротивление аттенюатора (на зажимах сопротивления ) было бы равно . Тогда получаем: . Здесь . Отсюда следуют выражения: . Определяя через , получаем . Тогда . В децибелах . Эта величина отрицательна. Обычно величина затухания обозначается как положительная величина: . Тогда и . В децибелах .

Такие АТТ используются при измерениях на СВЧ и обычно выполняются в виде коаксиальной структуры. Сопротивление R5 располагается на ее оси, а сопротивление R2, R4 (каждое состоит из нескольких параллельно включенных сопротивлений) – по радиусам. Ввиду малых (по сравнению с длиной волны) размеров сопротивлений их индуктивность мала и поэтому такие АТТ достаточно широкополосны. Регулируемые варианты относительно узкополосны, так как используют дополнительные структуры (квадратурный мост).

Волноводные АТТ представляют собой отрезок волновода (рис. 10. 2), внутри которого помещается тонкая керамическая пластина, на поверхность которой нанесен слой поглотителя (углерод). Эта пластина может перемещаться в поперечном сечении волновода. Электрическое поле максимально в центре волновода. Если пластина находится в центре, то вносимое затухания максимально. При смещении ее к боковым стенкам затухание уменьшается. Если поглощающие АТТ согласованы (нагружены на согласованную нагрузку) , то отраженные волны отсутствуют.

С

Рис. 10. 2

уществуют непоглощающие АТТ, использующие отрезки запредельных волноводов. Простейший вариант такой конструкции представляет собой коаксиальную ЛП, внутри которой удалена часть центрального проводника. Этот отрезок ЛП образует круглый волновод, для которого волной основного типа является волна Н₁₁, которая может распространяться, если диаметр волновода больше 1.5 длин волн. Так как для ЛП с Т волной этот диаметр во много раз меньше, волновод является запредельным, поле в нем экспоненциально затухает и в выходной коаксиальной ЛП возбуждается Т волна с меньшей амплитудой. Так как при этом поглощения энергии поля не происходит, на входе АТТ появляется отраженная волна. Регулировка ослабления происходит путем изменения длины отрезка с удаленным центральным проводником.