МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра: «КиПРА»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по предмету:

«Устройства СВЧ и антенны»

на тему:

«Полосковый переключатель СВЧ мощности»

Выполнил: студент группы 02РС1

Мыскин М.А.

Проверил: Якимов А.Н.

2005

Задание:

Произвести расчет электрических и геометрических параметров СВЧ устройства, обосновать конструктивное исполнение, оценить влияние точности изготовления и чистоты обработки токонесущих поверхностей на электрические параметры. Датъ перечень основных технологических операций изготовления устройства, выполнить необходимые сборочные и деталировочные чертежи. Разработать конструкцию устройства.

Исходные данные:

Общие потери пропускания А_П∑ ≤ 1,1 дБ

Потери изоляции А_З∑ ≥ 40 дБ

КСВН на входе k_c ≤ 1.2

Длина волны λ = 3 см

Введение.

В последние годы интенсивно развивается техника СВЧ регулирующих устройств с использованием различ­ных явлений в полупроводниках. Подобные устройства позволяют управлять амплитудой и фазой проходящего сигнала, решать различные коммутационные и логиче­ские задачи. Всё более широкое применение для самых различных целей взамен механических, ферритовых и газоразрядных находят полупроводниковые переключа­тели СВЧ мощности. Они позволяют резко сократить потребление управляющей мощности, уменьшить вес и габариты устройства, обеспечивают высокое быстродей­ствие и большую надежность узлов аппаратуры. Наибо­лее перспективны полупроводниковые коммутаторы СВЧ мощности в связи с появлением в настоящее время боль­ших радиолокационных станций (РЛС) с фазированны­ми антенными решетками, в состав которых входят ты­сячи идентичных компонентов. СВЧ переключатели при­меняются здесь для направления сигналов по различ­ным каналам, где они соответствующим образом изме­няются с помощью аттенюатором, усилителей или фазовращателей. Управление диаграммой направленности РЛС при неподвижной антенне путем управления фазой большого числа антенных элементов делает возможным одновременное слежение за многими целями или пере­мещение диаграммы в пределах большого угла за не­сколько микросекунд в противоположность медленно сканирующим механически управляемым параболиче­ским антеннам. Наибольшие возможности по миниатю­ризации открываются при использовании полупроводни­ковых приборов совместно с полосковыми волноводами, что позволяет создавать интегральные и модульные схе­мы коммутирующих устройств.

В качестве управляющих элементов в переключате­лях СВЧ мощности используются диоды с р-п переходом, и р-i-п диоды. Ведущая роль в настоящее время принад­лежит р-i-п диодам вследствие ряда преимуществ перед полупроводниковыми приборами с обычным р-п перехо­дом. Они характеризуются сравнительно толстой высокоомной областью (базой), которая позволяет при доста­точно большой площади перехода получить сравнитель­но малую емкость самой полупроводниковой структуры.

Основными требованиями, предъявляемыми в настоя­щее время к переключателям СВЧ мощности, являются малые потери проходящей СВЧ мощности, большой ко­эффициент вносимого затухания, небольшая мощность управления, продолжительный срок службы, конструк­тивное выполнение, позволяющее использовать для изго­товления СВЧ переключателей современные типы пере­дающих линий, современные конструкции полупроводни­ковых приборов и все достижения современной техно­логии.

Всем этим требованиям в полной мере соответствуют микрополосковые переключатели СВЧ мощности на р-i-п диодах.

Плоскостной полупроводниковый прибор с р-i-п структурой представляет собой переход, полученный в результате двух диффузионных процессов. В

образец чистого полупроводника с собственной проводимостью вводится с одной стороны большое число допоров, а с противоположной - акцепторов, при этом обратил­ся n-область с большой концентрацией электронов и n-область с большой конц ентрацией дырок, разделенных p-слоем, в котором равновесные концентрации электро­нов и дырок почти одинаковы Основным фактором, определяющим время переклю­чения диода и быстродействие переключателя, является эффект накопления заряда в i-слое. При уменьшении напряжения смещения импеданс р-1-п структуры мгно­венно не возрастает, за счет избыточной концентрации носителей заряда в i-области, уменьшение которой про­исходит как вследствие рекомбинации, так и из-за пере­носа носителей через переход. Время восстановления при использовании только прямого смещения опреде­ляется главным образом процессом рекомбинации но­сителей заряда в области и составляет десятки микро­секунд. Для уменьшения его в момент переключения на диод подается импульс об­ратной полярности амплиту­дой до 100 В. За счет сильного электрического поля в i-области происходит дополнительное «вытягивание» носителей заряда.

В качестве материала для получения р-i-п структур используются полупроводники, которые при отсутствии внешнего поля имеют наиболее высокое удельное сопро­тивление: обычно германий с р=47 Ом/см и кремний с р = 2-10⁵ Ом-см. Промышленностью освоены и выпускаются различные типы диодов с р-1-п структурой. Конструкция диодов определяет конструкцию выклю­чателя. При выполнении выключателя на базе коакси­альной линии целесообразно использовать корпусные диоды, конструкция которых позволяет включать их в разрыв центрального проводника, в то время как бес­корпусные диоды наиболее удобны для использования в полосковых печатных схемах.

Выключатель мощности имеет два состояния: откры­тое, когда подводимая СВЧ мощность без потерь про­ходит в нагрузку, и закрытое, когда уровень выделяемой в нагрузке, мощности минимален и определяется качест­вом выключателя. Работа коммутатора характеризуется следующими электрическими параметрами: потерями пропускания; потерями запирания; КСВН со входа; мощностью управления; уровнем коммутируемой мощности.

По способу включения р-1-п диодов СВЧ выключатели подразделяются на последовательные и параллель­ные, выполняемые в виде широкополосных и резонанс­ных узлов. Выключатели последовательного типа имеют меньшие по сравнению с параллельными потери пропу­скания и обладают потенциально большей широкополосностью, однако конструктивное их выполнение с исполь­зованием полосковых волноводов значительно сложнее,

в связи с чем основное внимание уделяется в настоящее время выключателям параллельного типа. Ширина по­лосы выключателя параллельного типа обратно пропор­циональна индуктивности ввода диода, и ее можно уве­личить, используя миниатюрные диоды в таблеточных корпусах.