Переключатель свч – ООО Радиокомп — Radiocomp LLC — ООО Радиокомп

ООО Радиокомп — Radiocomp LLC — ООО Радиокомп














News

«Radiocomp» LLC took part in the exhibition «ChipEXPO-2018»

October 24, 2018 The «Radiocomp» took part in the exhibition «ChipEXPO-2018»

 

International Exhibition «ChipExpo-2018»

October 2, 2018. We invite you to visit the exhibition ChipExpo in Moscow, in which Radiocomp LLC will take part.

 

Participation in the International Specialized Exhibition «Import Replacement-2018»

21 September 2018. Participation in the International Specialized Exhibition «Import Replacement-2018»

 

Ironwood Electronics test socket for DC / DC converter

18 September 2018. Ironwood Electronics test socket for DC / DC converter

 


All the News

Search the Website






    Database


    Products Line Review

    Site Map: HTML  XML












We are sorry but
the document you requested
is not available on this server.
The most probably it’s resulted
from recent web-site upgrade.

You easily find
the information you need
using menu or search engine.


Мы очень сожалеем,
но документ, который вы запросили,
не найден на сервере.
Возможно, это связано
с недавним обновлением сайта
и изменением его структуры.

Вы без труда найдете
интересующую Вас информацию,
воспользовавшись меню
или системой поиска по сайту.











Full or partial copying of materials is prohibited.

All rights reserved.





Call us right now:












© RADIOCOMP, LLC 2001-2018

Aviamotornaya str. 8a, 111024 Moscow, Russia

Phones: +7-495-957-7745, +7-495-361-0904, +7-495-361-0416

Fax: +7-495-925-1064

E-mail:
[email protected]



Radiocomp, LLC is
the official sponsor of






www.radiocomp.ru

ШИРОКОПОЛОСНЫЕ МНОГОКАНАЛЬНЫЕ СВЧ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ ЛУЧЕВОГО ТИПА С ОПТИМИЗИРОВАННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Владимиров В. М., Кулинич С. Н., Савин А. К., Шихов Ю. Г. Красноярский научный центр СО РАН Академгородок, Красноярск, 660036, Россия тел.: 3912-494494, e-mail: [email protected]

Аннотация – Показан простой способ увеличения частоты среза в многоканальных переключателях лучевого типа с Г- образными элементарными ключами на основе p-i-n- диодов. заключающийся в применении дополнительного RC-элемента, без увеличения количества элементарных ключей. Также предложен простой способ увеличения и выравнивания развязок в каналах. Проведена оптимизация основных параметров переключателя с использованием полной электродинамической компьютерной модели. Определены диссипативные потери и верхняя граница частотного диапазона одиннадцати канального переключателя.

I.  Введение

Основными требованиями, предъявляемыми к переключателям СВЧ мощности, являются: малые диссипативные потери проходящей СВЧ мощности, большой коэффициент вносимого затухания в закрытом состоянии. Этим основным требованиям наиболее полно соответствуют микрополосковые переключатели СВЧ мощности на p-i-n-диодах.

Полосковые СВЧ переключатели лучевого типа с последовательно и параллельно включенными коммутирующими диодами широко применяются для переключения сравнительно невысокого уровня СВЧ мощности. Принципиальный недостаток таких переключателей, ограничивающий их область применения, сравнительно узкий диапазон частот по заданному уровню согласования, обусловленный шунтирующим влиянием на открытый канал коммутирующих диодов в закрытых каналах переключателя [1].

Цель данной работы – разработка многоканальных переключателей лучевого типа с Г- образными элементарными ключами, с расширенной верхней границей частотного диапазона и улучшенными развязками без каскадирования и увеличения количества элементарных ключей.

II.  Основная часть

В работе [2] предложен один из способов увеличения развязок закрытых каналов и увеличения частоты среза многоканального переключателя. Основной принцип предложенного способа заключается в том, что токи смещения параллельных p-i-n-диодов в закрытых каналах выбираются такими, чтобы диоды находились в приоткрытом состоянии. Таким образом, выбирается оптимальное эквивалентное прямое сопротивление параллельного p-i-n-диода, промежуточное между открытым и закрытым состоянием, обеспечивающее его работу как ключевого, так и диссипативного элемента одновременно. Температурные испытания показывают, что такие режимы параллельных диодов достаточно устойчивы к изменению температуры, несмотря на достаточно сильную зависимость эквивалентного прямого сопротивления p-i-n- диода от температуры. Оптимальные развязки закрытых каналов имеют более слабую зависимость от прямого сопротивления p-i-n-диода, чем зависимость прямого сопротивления p-i-n-диода от температуры.

Вследствие увеличения количества каналов в многоканальном переключателе неизбежно уплотняется электродинамическая микрополосковая структура. В этом случае увеличивается электромагнитная связь между микрополосковыми структурами коммутируемых каналов, т.к. на высоких частотах в микрополосках возникают паразитные резонансы. Паразитные резонансы неизбежно возникают в закрытых каналах вследствие образования стоячих волн при отражении падающей волны от максимально закрытых последовательных p-i-n-диодов и открытых параллельных p-i-n-диодов. В этом случае приходится искать компромисс между количеством каналов, развязкой, обеспечиваемой канальными ключами и граничной частотой переключателя по заданному уровню согласования. Для улучшения основных электрических характеристик необходимо уменьшить электромагнитную связь между каналами. Уменьшить электромагнитную связь между каналами можно, вводя в электродинамическую структуру закрытых каналов диссипативные элементы, которые ослабляют возникающие в закрытых каналах паразитные резонансы. Очевидно, что, приоткрывая параллельные p-i-n-диоды, можно внести в закрытый канал диссипативные потери, что приведет к значительному снижению добротности линий передачи образованных закрытыми каналами, при этом паразитные связи между каналами уменьшатся.

Многоканальный широкополосный

переключатель с RC-цепочкой в каналах

Как классические переключатели, так и переключатели, предложенные в работе [2], имеют существенный недостаток – в закрытых каналах открытые параллельные p-i-n-диоды шунтируют закрытые последовательные p-i-n-диоды и ограничивают обратное смещение на них. Проходная емкость pin-диода зависит от приложенного к нему обратного смещения и может изменяться в несколько раз. Проходные емкости должны быть как можно меньше для многоканальных переключателей лучевого типа, т.к. фактически включены параллельно открытому каналу, это приводит к его рассогласованию, что является основной причиной снижения верхней границы частотного диапазона.

С целью увеличения частоты среза многоканального переключателя необходимо максимально уменьшить емкости обратносмещенных последовательных p-i-n-диодов в закрытых каналах. Для этого требуется увеличить напряжение, прикладываемое к обратносмещенным последовательным p-i-n-диодам. Увеличить напряжение на последовательном p-i-n- диоде можно лишь тогда, когда последовательный и параллельный диоды развязаны по постоянному току. Можно развязать последовательные и параллельные p-i-n-диоды, применяя раздельные цепи управления, что нежелательно, т.к. значительно усложняются цепи управления и сама конструкция переключателя. В работе [2] показано, что управляющие токи смещения параллельных p-i-n-диодов в предлагаемом многоканальном переключателе снижены более чем на порядок по сравнению с классической схемой лучевого переключателя. Следовательно, в цепь, между последовательным и параллельным p-i-n-диодами можно включить чип RC- элемента, в котором резистор с относительно большим сопротивлением зашунтирован по СВЧ конденсатором большой емкости. Резистор RC-цепочки ограничивает ток параллельного pin-диода и малым током удерживает его в приоткрытом состоянии. Вследствие этого, к последовательному p-i-n-диоду прикладывается максимальное напряжение обратного смещения, что и требуется для оптимальной работы переключателя.

На рисунке 1 приведена принципиальная электрическая схема многоканального СВЧ переключателя. Переключатель содержит входную микропо- лосковую линию 1 (МПЛ), короткозамкнутую по постоянному току дросселем 2. МПЛ 1 соединена с микрополосковым лучевым разветвителем мощности

3   на 1<->п каналов, выполненным в виде кольца для уменьшения паразитной шунтирующей емкости. В каждом канале размещены последовательные p-i-n- диоды 4, подключенные положительным электродом к лучевому разветвителю 3, а отрицательным – к параллельной RC-цепочке 5, которая, в свою очередь, подключена к положительному электроду параллельного p-i-n-диода 6. Напряжение смещения на диоды подается через дроссель 7, диод 6 соединен с выходной МПЛ 8.

Предлагаемый многоканальный переключатель работает следующим образом. При подаче отрицательного управляющего сигнала в один из каналов, последовательный p-i-n-диод открывается, а параллельные диоды – закрываются. СВЧ сигнал с входа переключателя проходит через открытый последовательный p-i-n-диод, конденсатор RC-цепочки, и поступает на один из выходов переключателя. При этом остальные каналы закрыты и СВЧ сигнал на выходах этих каналов отсутствует, т.к. на последовательные и параллельные p-i-n-диоды этих каналов подается положительное смещение. Последовательные p-i-n- диоды максимально закрыты, а параллельные p-i-n- диоды находятся в приоткрытом состоянии.

Электродинамическое моделирование многоканального переключателя лучевого типа производилось в пакете программ “Microwave office 5.5”. В процессе моделирования наряду с квазистатическими параметрами p-i-n-диодных ключей учитывалось электродинамическое взаимодействие микрополос- ковой структуры переключателя.

На рисунке 2 приведены основные характеристики электродинамической модели широкополосного пятиканального переключателя. На графиках отражены типичные для всех каналов характеристики одного из каналов.

Рисунок 2 (Fig. 2)

Где: а – прямые потери в одном из открытых каналов, которые не превышают 0,5 дБ на частоте среза

5    ГГц, измеренной по уровню согласования -20 дБ (см. кривую с), для классической схемы переключателя; b – прямые потери в одном из открытых каналов, которые не превышают 0,6 дБ на частоте среза, измеренной по уровню согласования -20 дБ, для оптимизированной схемы переключателя с RC- цепочкой в каналах; с – типичный КСВ (обратные потери Snn) в одном из открытых каналов, для классической схемы переключателя; d – типичный КСВ Snn в одном из открытых каналов, для оптимизированной схемы переключателя с RC-цепочкой в каналах; е – типичная развязка S-|N в одном из закрытых каналов для классической схемы переключателя; f – типичная развязка S-in, для оптимизированной схемы с RC-цепочкой в каналах.

На примере работы компьютерной модели широкополосного пятиканального переключателя хорошо видны преимущества оптимизированной схемы переключателя с RC-цепочками в каналах. По всем основным параметрам она дает выигрыш по сравнению с классической схемой переключателя: частота среза увеличилась с 5 ГГц до 12ГГц по уровню согласования -20 дБ, Прямые потери в открытом канале уменьшились с 5 дБ до 0,6 дБ, развязки в закрытых каналах увеличились с 20 до 28 дБ.

Многоканальный широкополосный переключатель с оптимизированными токами параллельных p-i-n-duodoe

Открытый канал в основном взаимодействует с двумя ближайшими соседними каналами, которые электромагнитно сильно связаны с открытым каналом, дальние – слабо связаны. Развязка, обеспечиваемая переключателем, ограничивается развязкой в соседних каналах. В дальних каналах развязки всегда лучше, чем развязки в каналах, близко расположенных к открытому каналу. Следовательно, эквивалентные прямые сопротивления параллельных p-i-n-диодов закрытых каналов должны быть различными. Предлагаемый принцип заключается в том, что прямые токи параллельных p-i-n-диодов в закрытых каналах выбираются такими, чтобы диоды находились в приоткрытом состоянии. Устанавливая прямые токи параллельных pin- диодов закрытых каналов возрастающими от канала к

каналу, по мере удаления от открытого канала, тем самым выбираем оптимальное эквивалентное прямое сопротивление приоткрытого параллельного p-i-n- диода для каждого канала. При этом параллельный p-i- n-диод будет работать одновременно как ключевой, так и диссипативный элемент.

На рисунке 3 приведены основные характеристики электродинамической модели широкополосного пятиканального переключателя. На графиках отражены типичные для всех каналов развязки для переключателя с классической схемой, рассмотренного в работе [2] и переключателя с оптимизированными токами параллельных p-i-n-диодов. Где: а – развязка одного из закрытых каналов классического переклю-

Рисунок 3 (Fig. 3)

чателя; b – развязка одного из закрытых каналов переключателя с равными по величине токами параллельных p-i-n-диодов; с – развязка закрытых каналов переключателя, с токами параллельных pin- диодов, установленными возрастающими от канала к каналу, по мере удаления от открытого канала.

Из графиков видно, что оптимизированные режимы параллельных pin-диодов приводят к значительному увеличению развязок между входом и закрытыми каналами пятиканального переключателя.

III.    Заключение

В работе рассмотрен новый способ увеличения частоты среза многоканального переключателя лучевого типа устраняющий шунтирование последовательных p-i-n-диодов параллельными p-i-n-диодами в закрытых каналах путем введения в каналы переключателя развязывающей RC-цепочки. Также предложен простой способ увеличения и выравнивания развязок в каналах, не связанный с увеличением количества элементарных ключей, заключающийся в оптимизации отпирающих токов параллельных p-i-n- диодов. По результатам электродинамического моделирования проведена оптимизация основных параметров переключателя. Предлагаемые способы применены в серийно выпускаемом одиннадцатиканальном переключаемом фильтре С – диапазона.

IV.   Список литературы

1.     А. С. Петров, Предельные соотношения для твердотельных многоканальных переключателей лучевого типа, “Радиотехника и электроника”, том 42 №5

стр.553-558, 1997 г.

2.      В. М. Владимиров, С. Н. Кулинич, А. К. Савин,

Ю. Г. Шихов, В. В. Югай. Одиннадцатиканальный широкополосный СВЧ переключатель, Материалы “13-й Международной Крымской Конференции”, 2003, стр. 177- 180.

THE BROADBAND MULTICHANNEL MICROWAVE BEAM SWITCHES WITH THE OPTIMIZED PARAMETERS

Vladimirov V. М., Kulinich S. N., Savin A. K., Shihov Y. G., Yugay V. V.

Krasnoyarsk scientific center ofRAS Siberian Branch Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russia Ph.:3912-494494, e-mail: [email protected]

Abstract – The multichannel switches with the L-type elementary keys on p-i-n-diodes are investigated. Simple ways are suggested to increase the cut-off frequency and to improve channel isolation by choice of an appropriate p-i-n-diode operating regime and by using of an additional RC-sub circuit.

I.  Introduction

The main disadvantage of the broadband beam switches with p-i-n diodes connected in series and in parallel (L-type elementary keys) is insufficiently broad frequency range due to shunting of the series p-i-n-diode by conductivity of the parallel p-i-n-diode.

II.  Main part

The element packing density increases with the increase of the number of channels, leading to the growth of undesirable electromagnetic channel-to-channel coupling and thus limiting the working frequency range. In the work [2] authors suggest to increase channel isolation by inserting of the switch of dissipative losses into closed channels. It is obtained by change of operating regimes of parallel p-i-n-diodes, which are kept in half-open state. Such diode regimes are temperature-resistant, besides in this case the controls current are decreased in order of value.

Multichannel broadband switch with RC-chain in channels

In closed channels, parallel p-i-n-diodes limit back bias on series p-i-n-diodes. This results in the increase of diode cross capacitance, making worse the switch characteristics. In the present paper, we suggest to insert a parallel RC-sub circuit in the form of a chip-element between the series p-i-n diode and the parallel one (fig. 1). The chain resistor limits current of the parallel p-i-n-diode and keeps the diode in half-open state. Thus, the maximal back bias is applied to the series diode. In fig.2 the basic characteristics of a five-channel switch with and without the RC-sub circuit are given, where a and b are open losses, с and d are return losses in a channel, e and f are closed channel isolation relative to switch input.

Multichannel broadband switch with the optimized currents of the parallel p-i-n-diodes

In the beam switch an open channel interacts mainly with the two nearest adjacent channels, therefore, maximal dissipative losses should be inserted just into these channels. The suggested principle is that the direct currents of parallel p-i-n- diodes in closed channels are chosen to keep the diodes in half-open state. After tuning the direct currents of the parallel p-

i-                n-diodes of the closed channels to increase from channel to channel, the parallel p-i-n-diode will operate both as key element and as dissipative element, simultaneously.

In fig.3 typical isolation in closed channels is shown, where a is the classical operating regime of the switch, b is the switch regime when all the parallel p-i-n-diodes in the closed channels have the same bias [2], с is the regime with the optimized currents of the parallel p-i-n-diodes in closed channels.

III.  Conclusion

The broadband multichannel beam switches with the L-type elementary keys have been investigated. Two ways of increasing the cut-off frequency and improving channel-to-channel isolation have been considered. The suggested methods are used in the serial eleven-channel switch.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

nauchebe.net

О широкополосных СВЧ переключателях фирмы «Peregrine Semiconductor» / Блог компании ЭФО / Хабр

Фирма «Peregrine Semiconductor» уже известна нашим читателям. Она специализируется на развитии технологии КНС – Кремний На Сапфире, ( UltraCMOS ) которая обладает повышенной радиационной стойкостью и используется как для гражданских, так и для высоконадежных (Space, Hi-Rel) применений. Достоинствами технологии являются: низкая потребляемая мощность, невысокая стоимость, высокая линейность, расширенный температурный диапазон и масштабируемость. По этим параметрам они вытесняют с рынка некоторые традиционные GaAs переключатели таких фирм как: Skyworks, MACOM, RFMD(Qorvo), Hittite(ADI). Скорость переключения и рабочие мощности в основном ниже, чем у других производителей.

В данной статье сделан обзор широкополосных переключателей фирмы «Peregrine Semiconductor» и проведен их сравнительный анализ.


Из продукции фирмы «Peregrine Semiconductor» СВЧ переключатели имеют наиболее широкую номенклатуру – более 50-ти изделий, которая продолжает расширяться – в сторону повышения рабочих частот, линейности, рабочих температур и т.д..

Обзор широкополосных переключателей

Основные параметры широкополосных переключателей с верхней рабочей частотой от 8-ми до 60-ти ГГц фирмы «Peregrine Semiconductor» приведены в Таблице 1 ниже. Ввиду их высокой линейности, компания ввела новый критерий оценки: P0.1dB, вместо привычного всем P1dB. Этот критерий стали использовать и другие компании, в частности MACOM.

Таблица 1 Широкополосные переключатели фирмы «Peregrine Semiconductor»

Новинки компании – это широкополосные переключатели PE42525 ( -40…+105°С ), PE426525 ( -55…+125°С ) с полосой 9 кГц – 60 ГГц и рекордным временем переключения в линейке: 8 нс. Их основные характеристики приведены на Рис. 1 ниже. В данный момент доступны образцы (кристаллы), серийное производство планируется на начало 2017 года. Для управления этими переключателями необходимо два противофазных сигнала с уровнями -3 В / +3 В и током всего лишь 450 нА. Они выпускаются в корпусе Flip-Chip и совместимы по выводам с переключателем PE42524 с полосой 10 МГц – 40 ГГц.



Рис.1. Потери, отражение и изоляция переключателей PE42525/PE426525 в зависимости от частоты.

Заметим, что переключатели PE95420, PE95421 – это радстойкие компоненты, которые доступны через компанию E2V, которая осуществляет тестирование и экспортный контроль. На данный момент лицензии оформляются лишь для международных проектов. PE42020 – это «True DC» чип, или «Настоящий переключатель Постоянного Напряжения», который способен переключать как постоянное напряжение, так и СВЧ сигналы до 8-ми ГГц.

Сравнительный анализ SPDT переключателей до 25/40/60 ГГц

Проведем сравнительный анализ переключателей. К сожалению, прямое сравнение изделий от различных производителей возможно редко, поэтому заявленные выше цифры условны. Это связано с тем, что как правило, конкретный переключатель разрабатывается под требования крупного заказчика. СВЧ измерения за пределами этих требований обычно не проводятся. В результате переключатель может быть работоспособен далеко за пределами заявленной полосы частот, но его использование там не гарантируется производителем. Этим же фактором объясняется большой разброс по отдельно взятым параметрам, казалось бы одного класса переключателей.

Сравнительный анализ переключателей «до 25 ГГц» проведем, взяв за основу PE42522 компании «Peregrine Semiconductor». Основные их параметры приведены в Таблице 2 ниже. Очевидно, что по совокупности параметров PE42522 сложно назвать «лучшим в своем классе». Тем не менее некоторые конкурентные преимущества у него есть. Так, IP3 по входу 59дБм имеет только переключатель MACOM, потребляемая мощность которого выше >1000 раз. Неплохо выглядят также потери и изоляция на низких частотах. PE42522 имеет одиночный вход управления, совместимый с 3.3 В логикой, что удобно для пользователя. При подаче отрицательного напряжения микросхема может быть использована в режиме шунтирования (bypass).

Таблица 2. Сравнение PE42522 с ведущими мировыми производителями:

Продолжим сравнение для класса «до 40 ГГц» на базе PE42524. Основные параметры переключателей приведены в Таблице 3 ниже. Здесь уже компания «Peregrine Semiconductor» ставит маленькие рекорды. PE42524 впереди всех (в таблице) как по потреблению в 15 нВт, так и по допустимой мощности в 32 дБм! И — она уже далеко не самая медленная. 🙂 Рекордное потребление достигнуто за счет отказа от питания микросхемы как таковой, что однако, привело к двух-полярному противофазному управлению -3.3 / +3.3 В. Если говорить об изоляции во всем диапазоне частот и IP3 по входу — то лучше PE42524 только ADRF5021, и опять за счет многократно большей потребляемой мощности.

Таблица 3. Сравнение PE42524 с ведущими мировыми производителями:

Завершает наш небольшой сравнительный анализ класс «до 60 ГГц» на базе PE426525. Здесь мы уже можем говорить о «лучшем переключателе в классе» по совокупности параметров. К ним относятся: низкое потребление в 2.7 мкВт, изоляция, максимальная мощность, IP3 по входу. По скорости переключения PE426525 уступает только AMMC-2008. Ее потери на некоторых частотах лучше, чем у аналогов фирм Hittite (ADI) и Avago. Отметим также расширенный диапазон рабочих температур (-55…+125 град. С) — самый широкий во всей линейке переключателей компании «Peregrine Semiconductor».

Таблица 4. Сравнение PE426525 с ведущими мировыми производителями:

Пожелаем же фирме «Peregrine Semiconductor» успехов в ее новых разработках. Кто знает, может в 2018 году мы увидим переключатели UltraCMOS до 80 ГГц?

С сайта компании ЭФО можно также скачать следующие статьи:

→ «UltraCMOS от Peregrine Semiconductor — новая технология создания смесителей на Si»

→ «Фирма «Peregrine Semiconductor»: Микросхемы для управления фазой и не только!»

→ «Двухполюсный переключатель PE42020 — новинка от фирмы Peregrine Semiconductor»

habr.com

 

Полезная модель относится к технике СВЧ, в частности, к переключателям мощности. В разработках СВЧ устройств на микрополосковых линиях используются полупроводниковые переключательные устройства. Переключатель мощности используется для переключения СВЧ мощности из одного плеча в другое.

Переключатель работает в двух режимах:

1. режим «пропускания», характеризующийся малыми потерями и хорошим КСВН на входе переключателя и на выходе «открытого» плеча,

2. режим «запирания», когда потери в «закрытом» плече значительно (на несколько порядков) превышают потери пропускания в открытом плече.

Схема переключателя представленная на фиг.2, схема работает следующим образом: при подаче мощности на выход 2 (выход 3) в одном из плеч на диоды подается положительный потенциал, а на другой — отрицательный. То плечо, в котором диоды открыты — четвертьволновой шлейф заземлен через диод — работает на проход, причем, мощность, приходящая на диод (по расчетам) на порядок меньше мощности на входе устройства. То плечо, в котором диоды закрыты, четвертьволновой шлейфы открыты — данный путь закрыт.

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к переключателям СВЧ мощности и может быть использовано для переключения СВЧ сигналов между каналами приема (передачи) в СВЧ приемниках (передатчиках).

Известен переключатель мощности [1], состоящий из двух четвертьволновых отрезков линии передачи, соединенных одним конном между собой, и шунтированных с другого конца диодами по СВЧ, причем в 1 плече диод включен, а в другом выключен. Соединенные концы образуют вход устройства, а оставшиеся концы отрезков — выходы.

Недостатками такого устройства являются:

— недостаточная изоляция по СВЧ в плече, работающем на запирание,

— повышенные потери в плече, работающем на пропускание,

— малый уровень допустимой входной СВЧ мощности.

Наиболее близким к изобретению (прототипом) является переключатель СВЧ мощности [2], состоящий из трех отрезков линии передачи, соединенных звездой. Один из отрезков является входом устройства. Два других отрезка образуют выходы устройства, причем каждый из них шунтирован по СВЧ диодами, расположенными на расстоянии четверти и половины волны от центра соединения отрезков. В одном плече диоды выключены и СВЧ сигнал проходит от входа к выходу с минимальными потерями, в другом плече диоды включены и сигнал проходит от входа к выходу со значительными потерями.

По сравнению с [1], переключатель [2] обеспечивает хорошую изоляцию в плече, работающем на запирание и пониженный уровень потерь в плече, работающем на пропускание. Недостатком такого устройства, по прежнему, является малый уровень допустимой входной СВЧ мощности.

Причиной, препятствующей повышению допустимой входной мощности в переключателе [2] является повышенное выделение СВЧ мощности на диодах.

Задачей изобретения является повышение уровня допустимой входной СВЧ мощности. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения выражается в повышении допустимой входной мощности в десятки раз по сравнению с аналогичными по предназначению устройствами.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном переключателе СВЧ мощности [2], содержащем три отрезка линии передачи, соединенные звездой, одни из которых является входом устройства, а два других, шунтированных диодами но СВЧ на расстоянии четверти и половины волны от центра соединения — выходами, согласно изобретению вводятся дополнительные четвертьволновые отрезки линии передачи, включенные между диодами и линией передачи.

Причинно-следственные связи признаков изобретения с техническим результатом выражаются в следующем. Дополнительные четвертьволновые отрезки линии передачи выполняют роль шунтирующего элемента, которую в прототипе [2] выполняли диоды. При этом на сами диоды приходит в десятки раз меньшая мощность, чем в прототипе [2].

Изобретение поясняется чертежом (фиг.1), на котором представлена схема заявленного устройства.

Переключатель СВЧ мощности содержит:

— входной отрезок линии передачи 1,

— первый выходной отрезок линии передачи, образованный последовательным включением четвертьволновых отрезков 2, 8 и отрезка 14,

— второй выходной отрезок линии передачи, образованный последовательным включением четвертьволновых отрезков 3, 9 и отрезка 15,

— четвертьволновые отрезки линии передачи 5 и 11, шунтирующие по СВЧ первый выходной отрезок,

— четвертьволновые отрезки линии передачи 6 и 12, шунтирующие по СВЧ второй выходной отрезок,

— диоды 4, 10, 7, 13 закорачивающие по СВЧ четвертьволновые линии 5, 11, 6, 12 соответственно.

В примере осуществления изобретения макетирование переключателя выполнялось на типовой элементной базе. В частности использовались полупроводниковые СВЧ диоды 2А560А-5 аА0.339.705ТУ.

Предлагаемый переключатель СВЧ мощности работает следующим образом. СВЧ сигнал подается на вход устройства, образованный отрезком линии передачи 1. При этом в плече, образованном отрезками 2, 8, 14 диоды 4 и 10 находятся в открытом состоянии, дополнительные четверть волновые отрезки 5 и 11 закорочены по СВЧ и не вносят дополнительных потерь, а в плече, образованном отрезками 3, 9, 15 диоды 7 и 10 находятся в закрытом состоянии, отрезки 6 и 12 шунтируют плечо по СВЧ. Сигнал проходит с входа переключателя на выход 1 через отрезки 1, 2, 8, 14 с минимальными потерями, а с входа на выход 2 сигнал проходит через последовательно включенные четвертьволновые отрезки 3 и 9, шунтированные по СВЧ отрезками 6 и 12 соответственно, значительно ослабленным. Для переключения СВЧ сигнала с выхода 1 на выход 2 диоды 4 и 10 переводятся в закрытое состояние, а диоды 7 и 13 в открытое.

Осуществление изобретения обеспечивает выполнение переключения СВЧ мощности с вносимыми прямыми потерями ~1 дБ, вносимым затуханием в «закрытое» плечо >30 дБ, и допустимым уровнем входной мощности более 30 Вт.

Диодный переключатель СВЧ мощности, имеющий вход и два выхода, которые являются соединенными звездой отрезками линии передачи, шунтированные по постоянному току, цепь управления диодами, отличающийся тем, что к выходам подключены четвертьволновые отрезки линии таким образом, что одним концом они подсоединены к выходному пути, а к другому концу подсоединен диод таким образом, что при его включении четвертьволновой отрезок закорачивается по СВЧ, при выключении диода четвертьволновые отрезки шунтируют выходную линию передачи по СВЧ, причем первые четвертьволновые отрезки линии установлены через расстояние, близкое к четверти длины волны от центра звезды, причем все диоды включены по постоянному току в одной полярности.

poleznayamodel.ru

переключатель свч — патент РФ 2306641

Изобретение относится к технике СВЧ, а именно к переключателям СВЧ на полевых транзисторах с барьером Шотки. Техническим результатом изобретения является снижение массогабаритных характеристик и уменьшение прямых потерь СВЧ-сигнала. Это достигается введением в одну из линий передачи на выходе, по крайней мере, одного отрезка линии передачи с длиной, равной четверти длины волны в линии передачи, и волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии передачи. Один конец отрезка линии передачи соединен с этой линией передачи на выходе, а другой конец соединен со стоком соответствующего полевого транзистора с барьером Шотки. Сток другого полевого транзистора с барьером Шотки соединен с другой линией передачи на выходе, а их затворы соединены между собой и соединены с одним источником постоянного управляющего напряжения. Расстояния от точки соединения трех линий передачи до точки соединения отрезка линии передачи с этой линией передачи на выходе и до стока другого полевого транзистора с барьером Шотки равны четверти длины волны в линиях передачи. 4 ил.

Рисунки к патенту РФ 2306641

Изобретение относится к технике СВЧ, а именно к переключателям СВЧ на полупроводниковых приборах.

Развитие техники СВЧ, и особенно радиолокационных станций с активными фазированными решетками, в состав которых входит множество идентичных компонентов предъявляет особые требования к надежности при переключении СВЧ-сигналов.

Переключатели СВЧ должны отличаться высоким быстродействием, надежностью и малыми потерями передачи СВЧ-сигнала.

Широко известно использование в переключательных цепях СВЧ полупроводниковых диодов и особенно p-i-n диодов вследствие их способности отражать достаточно высокий уровень мощности без выхода из строя и с небольшими потерями передачи СВЧ-сигнала, что не свойственно другим полупроводниковым диодам.

В зависимости от требуемой реализуемости параметров переключатель СВЧ может быть выполнен одноканальным либо многоканальным.

Примером первого является известный переключатель СВЧ, обеспечивающий быструю коммутацию сигнала СВЧ с одного выхода на другой и обратно, содержащий входной и выходной квадратурные мосты, каждый из которых имеет первый и второй входы и первый и второй выходы, между первыми выходом и входом соответственно входного и выходного квадратурных мостов и между вторыми выходом и входом соответственно входного и выходного квадратурных мостов включены соответственно первый и второй, переключаемые p-i-n диодами, фазовращатели, первый из которых выполнен переключаемым из фазового состояние 180° в фазовое состояние 0°. При этом оба фазовращателя выполнены с возможностью одновременного отпирания всех p-i-n диодов в каждом фазовращателе для быстрого переключения. А цепи управления p-i-n диодами фазовращателей выполнены с возможностью обеспечения запирания всех p-i-n диодов обоих фазовращателей в паузе (1).

Недостатками данного переключателя СВЧ являются большие массогабаритные характеристики из-за наличия в нем двух постоянных управляющих напряжений, а также сравнительно высокие прямые потери СВЧ-сигнала из-за наличия в нем фазовращателей.

Примером второго может быть известный переключатель каналов для коммутации проходящей СВЧ мощности в линиях передачи, который содержит, по крайней мере, три p-i-n диода, общая точка соединения которых является выходом переключателя каналов, а к их внешним выводам подключены три входных канала, параллельно которым подключены входами фильтры питания, содержащие соответственно дроссели и конденсаторы. При этом выходы вторых фильтров питания подключены к общей шине через дополнительно введенные ключи, а выходы первых фильтров питания являются входами для подключения источников постоянного управляющего напряжения (2).

Недостатками данного переключателя СВЧ являются также большие массогабаритные характеристики из-за наличия в нем нескольких источников постоянного управляющего напряжения и фильтров питания, и сравнительно высокие прямые потери СВЧ-сигнала.

Известен переключатель СВЧ, содержащий соединение трех линий передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна линия передачи предназначена для входа СВЧ-сигнала, две другие — для выхода, каждая из двух линий передачи на выходе снабжена, по крайней мере, одним электронным ключом, в качестве которых использованы полевые транзисторы с барьером Шотки, при этом истоки полевых транзисторов с барьером Шотки заземлены, а на затворы подают постоянные управляющие напряжения (3).

Использование в качестве ключей полевых транзисторов с барьером Шотки вместо p-i-n диодов позволило исключить фильтры питания и тем самым несколько уменьшить массогабаритные характеристики, а также повысить быстродействие переключателя СВЧ.

Однако наличие двух источников постоянного управляющего напряжения не позволяет существенно снизить массогабаритные характеристики, что особенно важно при создании переключателей СВЧ в монолитном интегральном исполнении, а также существенно уменьшить прямые потери СВЧ-сигнала.

Техническим результатом изобретения является снижение массогабаритных характеристик и уменьшение прямых потерь СВЧ-сигнала.

Технический результат достигается тем, что в известном переключателе СВЧ, содержащем соединение трех линий передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна линия передачи предназначена для входа СВЧ-сигнала, две другие — для выхода, каждая из двух линий передачи на выходе снабжена, по крайней мере, одним электронным ключом, в качестве которых использованы полевые транзисторы с барьером Шотки, при этом истоки полевых транзисторов с барьером Шотки заземлены, а на затворы подают постоянное управляющее напряжение, в одну из линий передачи на выходе введен, по крайней мере, один отрезок линии передачи с длиной, равной четверти длины волны в линии передачи, и волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии передачи, при этом один конец отрезка линии передачи соединен с этой линией передачи на выходе, а другой конец — со стоком соответствующего полевого транзистора с барьером Шотки, сток другого полевого транзистора с барьером Шотки соединен с другой линией передачи на выходе, а их затворы соединены между собой и соединены с одним источником постоянного управляющего напряжения, при этом расстояния от точки соединения трех линий передачи до точки соединения отрезка линии передачи с этой линией передачи на выходе и до стока другого полевого транзистора с барьером Шотки равны четверти длины волны в линиях передачи.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Введение в одну из линий передачи на выходе переключателя СВЧ, по крайней мере, одного отрезка линии передачи с длиной, равной четверти длины волны в линии передачи, и волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии передачи, в совокупности с предложенным соединением элементов переключателя, а именно один конец отрезка линии передачи соединен с этой линией передачи на выходе, а другой конец — со стоком соответствующего полевого транзистора с барьером Шотки, сток другого полевого транзистора с барьером Шотки соединен с другой линией передачи на выходе, а их затворы соединены между собой и соединены с одним источником постоянного управляющего напряжения, при этом расстояния от точки соединения трех линий передачи до точки соединения отрезка линии передачи с этой линией передачи на выходе и до стока другого полевого транзистора с барьером Шотки равны четверти длины волны в линиях передачи и в совокупности с известными признаками изобретения позволит:

— во-первых, соединить затворы обоих полевых транзисторов с барьером Шотки, используемых в качестве электронных ключей, с одним источником постоянного управляющего напряжения и тем самым снизить массогабаритные характеристики переключателя СВЧ,

— во-вторых, наличие отрезка линии передачи частично компенсирует емкость полевого транзистора с барьером Шотки и тем самым снижает прямые потери СВЧ-сигнала в переключателе.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 дана топология переключателя СВЧ, где

— соединение трех линий передачи, одна 1 из которых предназначена для входа СВЧ-сигнала, а две другие 2, 3 — для выхода,

— два электронных ключа, в качестве которых использованы полевые транзисторы с барьером Шотки 4, 5 соответственно,

— отрезок линии передачи 6.

На фиг.2 дана принципиальная схема переключателя СВЧ.

На фиг.3 даны зависимости от частоты величин прямых потерь Ап в каналах переключателя СВЧ.

На фиг.4 даны зависимости от частоты величин ослабления Ао в каналах переключателя СВЧ.

Пример

В качестве примера рассмотрен двухканальный переключатель СВЧ, в котором в одну их двух линий передачи на выходе введен один отрезок линии передачи.

Все элементы переключателя СВЧ выполнены в монолитно-интегральном исполнении на полупроводниковой подложке из арсенида галлия толщиной, равной 0,1 мм, с использованием классической тонкопленочной технологии.

Три линии передачи 1 — на входе и 2, 3 — на выходе выполнены с одинаковым волновым сопротивлением, которое задается шириной проводников, в данном случае равной 0,08 мм, и соединены между собой в одной точке.

Каждая из линий передачи 2, 3 на выходе снабжена одним электронным ключом, в качестве которых использованы полевые транзисторы с барьером Шотки 4 и 5, имеющие напряжение отсечки Uотс, равное -2,5 В.

Отрезок линии передачи 6 выполнен с длиной, равной четверти длины волны отрезка линии передачи, например, шириной и длиной проводника 0,01 и 3 мм соответственно и волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению любой из линий передачи 1, 2, 3, и расположен, например, в линии передачи 2 на выходе и соединен с ней.

При этом расстояния от точки соединения трех линий передачи 1, 2, 3 до точки соединения отрезка линии передачи 6 с этой линией передачи 2 на выходе и до стока другого полевого транзистора с барьером Шотки 5 равны четверти длины волны в линиях передачи 1, 2, 3.

При этом один конец отрезка линии передачи 6 соединен с этой линией передачи 2 на выходе, а другой конец — со стоком соответствующего полевого транзистора с барьером Шотки 4.

Сток другого полевого транзистора с барьером Шотки 5 соединен с другой линией передачи 3 на выходе.

Затворы полевых транзисторов с барьером Шотки 4, 5 соединены между собой и соединены с одним источником постоянного управляющего напряжения.

При этом истоки полевых транзисторов с барьером Шотки 4, 5 заземлены.

Работу переключателя СВЧ рассмотрим, например, в качестве двухканального переключателя.

При подаче на затворы обоих полевых транзисторов с барьером Шотки 4 и 5 соответственно постоянного управляющего напряжения U величиной, равной 0 В от одного источника постоянного управляющего напряжения становятся открытыми оба полевых транзистора с барьером Шотки 4 и 5.

При этом полевой транзистор с барьером Шотки 4, сток которого соединен с одним концом отрезка линии передачи 6, имеет малое сопротивление Zоткр, а на другом конце отрезка линии передачи 6 с длиной, равной четверти длины волны в линии передачи, и волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии передачи, сопротивление Z, рассчитанное по формуле:

Z=Z02/Zоткр,

где Zоткр — сопротивление полевого транзистора с барьером Шотки в открытом состоянии,

Z0 — волновое сопротивление отрезка линии передачи.

Сопротивление Z будет существенно больше, чем волновое сопротивление линии передачи 2 на выходе Z0.

Полевой транзистор с барьером Шотки 5 также имеет малое сопротивления Zоткр, которое зашунтирует волновое сопротивление линии передачи 3 на выходе Z0.

В этом случае сигнал СВЧ с входной линии передачи 1 передается в линию передачи 2 на выходе с величиной прямых потерь Ап, а в линию передачи 3 на выходе — с величиной ослабления Ао.

При подаче на затворы обоих полевых транзисторов с барьером Шотки 4, 5 отрицательного управляющего напряжения U, превышающего по абсолютной величине напряжение отсечки полевого транзистора с барьером Шотки Uотс, оба транзистора будут закрыты.

При этом полевой транзистор с барьером Шотки 4, сток которого соединен с одним концом отрезка линии передачи 6 имеет большое сопротивление Zзакр, а на другом конце отрезка линии передачи 6 с длиной, равной четверти длины волны в линии передачи, и волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии передачи, сопротивление Z, рассчитанное по формуле:

Z=Z02 /Zзакр,

где Zзакр — сопротивление полевого транзистора с барьером Шотки в закрытом состоянии,

Z0 — волновое сопротивление отрезка линии передачи.

Сопротивление Z зашунтирует волновое сопротивление линии передачи 2 на выходе Z0.

Полевой транзистор с барьером Шотки 5 также имеет большое сопротивление Zзакр, существенно большее, чем волновое сопротивление линии передачи 3 на выходе Z0.

В этом случае сигнал СВЧ с входной линии передачи 1 передается в линию передачи 2 на выходе с величиной ослабления Ао, а в линию передачи 3 на выходе — с величиной прямых потерь Ап.

На изготовленных образцах переключателя СВЧ были измерены величины прямых потерь Ап и ослабления Ао в каналах переключателя СВЧ.

Результаты изображены на фиг.3 и 4.

Как было указано выше, на фиг.3 даны зависимости от частоты величин прямых потерь Ап в каналах переключателя СВЧ, где кривая 1 соответствует указанной зависимости в линии передачи 2 на выходе, а кривая 2 — в линии передачи 3 на выходе.

Как видно, величины прямых потерь Ап на частоте 10 ГГц равны -0,5 дБ, что примерно в два раза меньше, чем у прототипа.

А на фиг.4 даны зависимости от частоты величин ослабления Ао в каналах переключателя СВЧ, где кривая 1 соответствует указанной зависимости в линии передачи 2 на выходе, а кривая 2 — в линии передачи 3 на выходе.

Как видно, величины ослабления Ао на частоте 10 ГГц равны -15 дБ, что примерно соответствует прототипу.

Таким образом, предлагаемый переключатель СВЧ по сравнению с прототипом позволит снизить массогабаритные характеристики и уменьшить прямые потери СВЧ-сигнала примерно в два раза.

Первое особенно важно при изготовлении переключателя в составе монолитных интегральных схем СВЧ различного назначения.

Источники информации

1. Патент РФ №2081480 приоритет 10.06.1997 г., МПК Н01Р 1/15.

2. Патент РФ №2072593 приоритет 27.01.1997 г., МПК Н01Р 1/15.

3. Балыко А.К., Богданов Ю.М., Васильев В.И., Климова А.В., Лапин В.Г., Темнов А.М., Юсупова Н.И. Проектирование монолитного двухканального переключателя СВЧ. // Изв. ВУЗов. Радиотехника, 2004 г., №2, стр.40-47.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Переключатель СВЧ, содержащий соединение трех линий передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна линия передачи предназначена для входа СВЧ-сигнала, две другие — для выхода, каждая из двух линий передачи на выходе снабжена, по крайней мере, одним электронным ключом, в качестве которых использованы полевые транзисторы с барьером Шотки, при этом истоки полевых транзисторов с барьером Шотки заземлены, а на затворы подают постоянное управляющее напряжение, отличающийся тем, что в одну из линий передачи на выходе СВЧ-сигнала введен, по крайней мере, один отрезок линии передачи с длиной, равной четверти длины волны в отрезке линии передачи, и волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии передачи, при этом один конец отрезка линии передачи соединен с этой линией передачи на выходе, а другой конец — со стоком соответствующего полевого транзистора с барьером Шотки, сток другого полевого транзистора с барьером Шотки соединен с другой линией передачи на выходе, а их затворы соединены между собой и соединены с одним источником постоянного управляющего напряжения, при этом расстояния от точки соединения трех линий передачи до точки соединения отрезка линии передачи с этой линией передачи на выходе и до стока другого полевого транзистора с барьером Шотки равны четверти длины волны в линиях передачи.

www.freepatent.ru

переключатель свч — патент РФ 2410802

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к переключателям СВЧ мощности, и может быть использовано для переключения СВЧ сигналов между каналами приема (передачи) в СВЧ приемниках (передатчиках). Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении допустимой входной мощности в десятки раз по сравнению с аналогичными по предназначению устройствами. Указанный технический результат достигается тем, что переключатель СВЧ выполнен из n=3 n отрезков линии передачи, соединенных одним концом в общей точке, из которых, по крайней мере, n-1 отрезки шунтированы по СВЧ k=1 k полупроводниковыми ключами. Для каждого отрезка каждый первый от общей точки соединения ключ подключен на расстоянии четверти длины волны от общей точки соединения. Каждый полупроводниковый ключ подключен к шунтируемому отрезку дополнительным отрезком линии передачи, длина которого близка четверти длины волны. 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2410802

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к переключателям СВЧ мощности, и может быть использовано для переключения СВЧ сигналов между каналами приема (передачи) в СВЧ приемниках (передатчиках).

Известен полупроводниковый коммутатор СВЧ [1], состоящий из двух четвертьволновых отрезков линии передачи, соединенных одним концом между собой и шунтированных с другого конца диодами по СВЧ, причем в 1 плече диод открыт, а в другом закрыт. Соединенные концы образуют вход устройства, а оставшиеся концы отрезков — выходы.

Недостатками такого устройства являются:

— недостаточная изоляция по СВЧ в плече, работающем на запирание,

— повышенные потери в плече, работающем на пропускание,

— малый уровень допустимой входной СВЧ мощности.

Наиболее близким к изобретению (прототипом) является переключатель СВЧ на основе Т-соединения, состоящий из трех отрезков линии передачи. [2]. Один из отрезков является входом устройства. Два других отрезка образуют выходы устройства, причем каждый из них шунтирован по СВЧ диодами, установленными на расстоянии четверти и половины волны от центра соединения отрезков. В одном плече диоды закрыты и СВЧ сигнал проходит от входа к выходу с минимальными потерями, в другом плече диоды открыты и сигнал проходит от входа к выходу со значительными потерями.

По сравнению с [1], переключатель [2] обеспечивает хорошую изоляцию в плече, работающем на запирание и, как следствие, пониженный уровень потерь в плече, работающем на пропускание. Недостатком такого устройства по прежнему является малый уровень допустимой входной СВЧ мощности.

Причиной, препятствующей повышению допустимой входной мощности в переключателе [2], является превышение рассеиваемой мощности на диодах.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении допустимой входной мощности в десятки раз по сравнению с прототипом.

Указанный технический результат достигается тем, что переключатель СВЧ выполнен из n=3 n отрезков линии передачи, соединенных одним концом в общей точке, из которых, по крайней мере, n-1 отрезок шунтирован по СВЧ k=1 k полупроводниковыми ключами. Каждый первый от общей точки ключ для своего отрезка подключен на расстоянии, близком четверти длины волны от общей точки соединения. Каждый полупроводниковый ключ подключен к шунтируемому отрезку через дополнительный отрезок линии передачи, длина которого близка четверти длины волны.

Дополнительные четвертьволновые отрезки линии передачи шунтируют линию передачи, которая находится в состоянии запирания, при этом полупроводниковые ключи, подключенные к этому отрезку, находятся в закрытом состоянии, в отличие от [2], и уровень мощности, рассеиваемый на любом из этих полупроводниковых ключей, в десятки раз меньше, чем на входе. Таким образом обеспечивается повышение допустимой входной мощности.

Изобретение поясняется чертежом.

На чертеже представлена схема заявленного переключателя СВЧ.

Пример.

Переключатель СВЧ состоит из n=4 идентичных отрезков линии передачи, соединенных одним концом в общей точке. Каждый отрезок линии передачи шунтирован k=3 полупроводниковыми ключами. В качестве полупроводниковых ключей использованы диоды. Каждый первый ключ k1 подключен на расстоянии 1.1, равном четверти длины волны от общей точки соединения через дополнительный отрезок 2.1, длина которого равна четверти длины волны. Каждый следующий ключ k подключен через дополнительный отрезок, длина которого равна четверти длины волны, к отрезку линии передачи n. Дополнительные отрезки 2.1, 2.2, 2.3 шунтируют отрезки n по СВЧ. Диоды k 1, 2, 3 шунтируют по СВЧ четвертьволновые отрезки 2.1-2.3 соответственно.

В зависимости от потребности каждый отрезок линии передачи n переключателя может являться как входом, так и выходом СВЧ мощности.

Предлагаемый переключатель СВЧ работает следующим образом.

В любых двух отрезках линии передачи, например n1 и n2, полупроводниковые ключи k 1, 2, 3 находятся в открытом состоянии, дополнительные четвертьволновые отрезки 2.1, 2.2, 2.3 короткозамкнуты по СВЧ. СВЧ сигнал подается на n1 и снимается с отрезка n2.

В то же время в остальных отрезках n3, n4 полупроводниковые ключи k 1, 2, 3 закрыты. Дополнительные четвертьволновые отрезки 2.1, 2.2, 2.3 шунтируют отрезки n3, n4 по СВЧ, и сигнал СВЧ не проходит через них.

Если входом СВЧ сигнала является только один отрезок линии передачи, то подключенные к нему полупроводниковые ключи k 1, 2, 3 и дополнительные отрезки 2.1, 2.2, 2.3 не требуются.

Осуществление изобретения, представленного на фиг.1, обеспечивает выполнение переключения СВЧ мощности с вносимыми прямыми потерями ~1 дБ, вносимым затуханием >30 дБ и допустимым уровнем входной мощности более 30 Вт. При этом количество отрезков линии передачи равнялось 4, в качестве полупроводниковых ключей использовались по 3 диода 2А570 для каждого отрезка.

Источники информации

1. А.В.Вайсблат. «Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах», Москва: «Радио и связь», 1987, с.79.

2. А.В.Вайсблат. «Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах», Москва: «Радио и связь», 1987, с.84-85.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Переключатель СВЧ, выполненный из n=3 n отрезков линии передачи, соединенных одним концом в общей точке, из которых, по крайней мере, n-1 отрезков шунтированы по СВЧ k=1 k полупроводниковыми ключами, при этом каждый первый от общей точки соединения ключ для своего отрезка подключен на расстоянии близком к четверти длины волны от общей точки соединения, отличающийся тем, что каждый полупроводниковый ключ подключен к шунтируемому отрезку через дополнительный отрезок линии передачи, длина которого близка к четверти длины волны.

www.freepatent.ru

Переключатель свч | Банк патентов

Изобретение относится к технике СВЧ, а именно к переключателям СВЧ на полупроводниковых приборах.

Развитие техники СВЧ, и особенно радиолокационных станций с активными фазированными решетками, в состав которых входит множество идентичных компонентов предъявляет особые требования к надежности при переключении СВЧ-сигналов.

Переключатели СВЧ должны отличаться высоким быстродействием, надежностью и малыми потерями передачи СВЧ-сигнала.

Широко известно использование в переключательных цепях СВЧ полупроводниковых диодов и особенно p-i-n диодов вследствие их способности отражать достаточно высокий уровень мощности без выхода из строя и с небольшими потерями передачи СВЧ-сигнала, что не свойственно другим полупроводниковым диодам.

В зависимости от требуемой реализуемости параметров переключатель СВЧ может быть выполнен одноканальным либо многоканальным.

Примером первого является известный переключатель СВЧ, обеспечивающий быструю коммутацию сигнала СВЧ с одного выхода на другой и обратно, содержащий входной и выходной квадратурные мосты, каждый из которых имеет первый и второй входы и первый и второй выходы, между первыми выходом и входом соответственно входного и выходного квадратурных мостов и между вторыми выходом и входом соответственно входного и выходного квадратурных мостов включены соответственно первый и второй, переключаемые p-i-n диодами, фазовращатели, первый из которых выполнен переключаемым из фазового состояние 180° в фазовое состояние 0°. При этом оба фазовращателя выполнены с возможностью одновременного отпирания всех p-i-n диодов в каждом фазовращателе для быстрого переключения. А цепи управления p-i-n диодами фазовращателей выполнены с возможностью обеспечения запирания всех p-i-n диодов обоих фазовращателей в паузе (1).

Недостатками данного переключателя СВЧ являются большие массогабаритные характеристики из-за наличия в нем двух постоянных управляющих напряжений, а также сравнительно высокие прямые потери СВЧ-сигнала из-за наличия в нем фазовращателей.

Примером второго может быть известный переключатель каналов для коммутации проходящей СВЧ мощности в линиях передачи, который содержит, по крайней мере, три p-i-n диода, общая точка соединения которых является выходом переключателя каналов, а к их внешним выводам подключены три входных канала, параллельно которым подключены входами фильтры питания, содержащие соответственно дроссели и конденсаторы. При этом выходы вторых фильтров питания подключены к общей шине через дополнительно введенные ключи, а выходы первых фильтров питания являются входами для подключения источников постоянного управляющего напряжения (2).

Недостатками данного переключателя СВЧ являются также большие массогабаритные характеристики из-за наличия в нем нескольких источников постоянного управляющего напряжения и фильтров питания, и сравнительно высокие прямые потери СВЧ-сигнала.

Известен переключатель СВЧ, содержащий соединение трех линий передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна линия передачи предназначена для входа СВЧ-сигнала, две другие — для выхода, каждая из двух линий передачи на выходе снабжена, по крайней мере, одним электронным ключом, в качестве которых использованы полевые транзисторы с барьером Шотки, при этом истоки полевых транзисторов с барьером Шотки заземлены, а на затворы подают постоянные управляющие напряжения (3).

Использование в качестве ключей полевых транзисторов с барьером Шотки вместо p-i-n диодов позволило исключить фильтры питания и тем самым несколько уменьшить массогабаритные характеристики, а также повысить быстродействие переключателя СВЧ.

Однако наличие двух источников постоянного управляющего напряжения не позволяет существенно снизить массогабаритные характеристики, что особенно важно при создании переключателей СВЧ в монолитном интегральном исполнении, а также существенно уменьшить прямые потери СВЧ-сигнала.

Техническим результатом изобретения является снижение массогабаритных характеристик и уменьшение прямых потерь СВЧ-сигнала.

Технический результат достигается тем, что в известном переключателе СВЧ, содержащем соединение трех линий передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна линия передачи предназначена для входа СВЧ-сигнала, две другие — для выхода, каждая из двух линий передачи на выходе снабжена, по крайней мере, одним электронным ключом, в качестве которых использованы полевые транзисторы с барьером Шотки, при этом истоки полевых транзисторов с барьером Шотки заземлены, а на затворы подают постоянное управляющее напряжение, в одну из линий передачи на выходе введен, по крайней мере, один отрезок линии передачи с длиной, равной четверти длины волны в линии передачи, и волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии передачи, при этом один конец отрезка линии передачи соединен с этой линией передачи на выходе, а другой конец — со стоком соответствующего полевого транзистора с барьером Шотки, сток другого полевого транзистора с барьером Шотки соединен с другой линией передачи на выходе, а их затворы соединены между собой и соединены с одним источником постоянного управляющего напряжения, при этом расстояния от точки соединения трех линий передачи до точки соединения отрезка линии передачи с этой линией передачи на выходе и до стока другого полевого транзистора с барьером Шотки равны четверти длины волны в линиях передачи.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Введение в одну из линий передачи на выходе переключателя СВЧ, по крайней мере, одного отрезка линии передачи с длиной, равной четверти длины волны в линии передачи, и волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии передачи, в совокупности с предложенным соединением элементов переключателя, а именно один конец отрезка линии передачи соединен с этой линией передачи на выходе, а другой конец — со стоком соответствующего полевого транзистора с барьером Шотки, сток другого полевого транзистора с барьером Шотки соединен с другой линией передачи на выходе, а их затворы соединены между собой и соединены с одним источником постоянного управляющего напряжения, при этом расстояния от точки соединения трех линий передачи до точки соединения отрезка линии передачи с этой линией передачи на выходе и до стока другого полевого транзистора с барьером Шотки равны четверти длины волны в линиях передачи и в совокупности с известными признаками изобретения позволит:

— во-первых, соединить затворы обоих полевых транзисторов с барьером Шотки, используемых в качестве электронных ключей, с одним источником постоянного управляющего напряжения и тем самым снизить массогабаритные характеристики переключателя СВЧ,

— во-вторых, наличие отрезка линии передачи частично компенсирует емкость полевого транзистора с барьером Шотки и тем самым снижает прямые потери СВЧ-сигнала в переключателе.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 дана топология переключателя СВЧ, где

— соединение трех линий передачи, одна 1 из которых предназначена для входа СВЧ-сигнала, а две другие 2, 3 — для выхода,

— два электронных ключа, в качестве которых использованы полевые транзисторы с барьером Шотки 4, 5 соответственно,

— отрезок линии передачи 6.

На фиг.2 дана принципиальная схема переключателя СВЧ.

На фиг.3 даны зависимости от частоты величин прямых потерь Ап в каналах переключателя СВЧ.

На фиг.4 даны зависимости от частоты величин ослабления Ао в каналах переключателя СВЧ.

Пример

В качестве примера рассмотрен двухканальный переключатель СВЧ, в котором в одну их двух линий передачи на выходе введен один отрезок линии передачи.

Все элементы переключателя СВЧ выполнены в монолитно-интегральном исполнении на полупроводниковой подложке из арсенида галлия толщиной, равной 0,1 мм, с использованием классической тонкопленочной технологии.

Три линии передачи 1 — на входе и 2, 3 — на выходе выполнены с одинаковым волновым сопротивлением, которое задается шириной проводников, в данном случае равной 0,08 мм, и соединены между собой в одной точке.

Каждая из линий передачи 2, 3 на выходе снабжена одним электронным ключом, в качестве которых использованы полевые транзисторы с барьером Шотки 4 и 5, имеющие напряжение отсечки Uотс, равное -2,5 В.

Отрезок линии передачи 6 выполнен с длиной, равной четверти длины волны отрезка линии передачи, например, шириной и длиной проводника 0,01 и 3 мм соответственно и волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению любой из линий передачи 1, 2, 3, и расположен, например, в линии передачи 2 на выходе и соединен с ней.

При этом расстояния от точки соединения трех линий передачи 1, 2, 3 до точки соединения отрезка линии передачи 6 с этой линией передачи 2 на выходе и до стока другого полевого транзистора с барьером Шотки 5 равны четверти длины волны в линиях передачи 1, 2, 3.

При этом один конец отрезка линии передачи 6 соединен с этой линией передачи 2 на выходе, а другой конец — со стоком соответствующего полевого транзистора с барьером Шотки 4.

Сток другого полевого транзистора с барьером Шотки 5 соединен с другой линией передачи 3 на выходе.

Затворы полевых транзисторов с барьером Шотки 4, 5 соединены между собой и соединены с одним источником постоянного управляющего напряжения.

При этом истоки полевых транзисторов с барьером Шотки 4, 5 заземлены.

Работу переключателя СВЧ рассмотрим, например, в качестве двухканального переключателя.

При подаче на затворы обоих полевых транзисторов с барьером Шотки 4 и 5 соответственно постоянного управляющего напряжения U величиной, равной 0 В от одного источника постоянного управляющего напряжения становятся открытыми оба полевых транзистора с барьером Шотки 4 и 5.

При этом полевой транзистор с барьером Шотки 4, сток которого соединен с одним концом отрезка линии передачи 6, имеет малое сопротивление Zоткр, а на другом конце отрезка линии передачи 6 с длиной, равной четверти длины волны в линии передачи, и волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии передачи, сопротивление Z, рассчитанное по формуле:

Z=Z02/Zоткр,

где Zоткр — сопротивление полевого транзистора с барьером Шотки в открытом состоянии,

Z0 — волновое сопротивление отрезка линии передачи.

Сопротивление Z будет существенно больше, чем волновое сопротивление линии передачи 2 на выходе Z0.

Полевой транзистор с барьером Шотки 5 также имеет малое сопротивления Zоткр, которое зашунтирует волновое сопротивление линии передачи 3 на выходе Z0.

В этом случае сигнал СВЧ с входной линии передачи 1 передается в линию передачи 2 на выходе с величиной прямых потерь Ап, а в линию передачи 3 на выходе — с величиной ослабления Ао.

При подаче на затворы обоих полевых транзисторов с барьером Шотки 4, 5 отрицательного управляющего напряжения U, превышающего по абсолютной величине напряжение отсечки полевого транзистора с барьером Шотки Uотс, оба транзистора будут закрыты.

При этом полевой транзистор с барьером Шотки 4, сток которого соединен с одним концом отрезка линии передачи 6 имеет большое сопротивление Zзакр, а на другом конце отрезка линии передачи 6 с длиной, равной четверти длины волны в линии передачи, и волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии передачи, сопротивление Z, рассчитанное по формуле:

Z=Z02 /Zзакр,

где Zзакр — сопротивление полевого транзистора с барьером Шотки в закрытом состоянии,

Z0 — волновое сопротивление отрезка линии передачи.

Сопротивление Z зашунтирует волновое сопротивление линии передачи 2 на выходе Z0.

Полевой транзистор с барьером Шотки 5 также имеет большое сопротивление Zзакр, существенно большее, чем волновое сопротивление линии передачи 3 на выходе Z0.

В этом случае сигнал СВЧ с входной линии передачи 1 передается в линию передачи 2 на выходе с величиной ослабления Ао, а в линию передачи 3 на выходе — с величиной прямых потерь Ап.

На изготовленных образцах переключателя СВЧ были измерены величины прямых потерь Ап и ослабления Ао в каналах переключателя СВЧ.

Результаты изображены на фиг.3 и 4.

Как было указано выше, на фиг.3 даны зависимости от частоты величин прямых потерь Ап в каналах переключателя СВЧ, где кривая 1 соответствует указанной зависимости в линии передачи 2 на выходе, а кривая 2 — в линии передачи 3 на выходе.

Как видно, величины прямых потерь Ап на частоте 10 ГГц равны -0,5 дБ, что примерно в два раза меньше, чем у прототипа.

А на фиг.4 даны зависимости от частоты величин ослабления Ао в каналах переключателя СВЧ, где кривая 1 соответствует указанной зависимости в линии передачи 2 на выходе, а кривая 2 — в линии передачи 3 на выходе.

Как видно, величины ослабления Ао на частоте 10 ГГц равны -15 дБ, что примерно соответствует прототипу.

Таким образом, предлагаемый переключатель СВЧ по сравнению с прототипом позволит снизить массогабаритные характеристики и уменьшить прямые потери СВЧ-сигнала примерно в два раза.

Первое особенно важно при изготовлении переключателя в составе монолитных интегральных схем СВЧ различного назначения.

Источники информации

1. Патент РФ №2081480 приоритет 10.06.1997 г., МПК Н01Р 1/15.

2. Патент РФ №2072593 приоритет 27.01.1997 г., МПК Н01Р 1/15.

3. Балыко А.К., Богданов Ю.М., Васильев В.И., Климова А.В., Лапин В.Г., Темнов А.М., Юсупова Н.И. Проектирование монолитного двухканального переключателя СВЧ. // Изв. ВУЗов. Радиотехника, 2004 г., №2, стр.40-47.

bankpatentov.ru