DE3727110A1

DE3727110A1 - Resonant pin-diode switches for waveguide circuits

Info

Publication number: DE3727110A1
Application number: DE19873727110
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl Ing Rust
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1987-08-14
Filing date: 1987-08-14
Publication date: 1989-02-23

Abstract

In the case of a resonant pin-diode switch which is provided for installation in the cross-sectional plane of a rectangular waveguide and has lead structures arranged on the substrate, the lead structure for forming the switch is arranged on only one side of the substrate. The on region is implemented by means of two pin diodes, by a circuit corresponding to a waveguide restricted aperture, and the off region is implemented by reactive elements, which are provided between the diode location and the narrow side of the waveguide, in the form of line elements such as spur lines and ring lines.

Description

Die Erfindung betrifft einen Resonanz-Pin-Dioden-Schalter für Hohlleiterschaltungen gemäß dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1.The invention relates to a resonance pin diode switch for waveguide circuits according to the preamble of Pa claim 1.

Hohlleiter-PIN-Dioden-Schalter gibt es für den Einbau in Längsrichtung auf der Mittelachse und für den Einbau in Querrichung des Hohlleiters. Je nach Wirkungsweise der Schalter unterscheidet man zwischen reellen Schalter und Resonanzschaltern. Die Wirkungsweise der reellen Schalter ist die gleiche wie bei mechanischen Schaltern. Als reelle Schaltern in der Längsrichtung des Hohlleiters sind Steg hohlleiter- und Finleitungs-PIN-Dioden-Schalter bekannt geworden. Diese Schalter sind jedoch fertigungstechnisch aufwendig und erfordern eine meist unerwünschte hohe Einbaulänge. Dieser Nachteil wird durch in der Querrich tung des Hohlleiters einbaubare Schalter vermieden.Waveguide PIN diode switches are available for installation in Longitudinal direction on the central axis and for installation in Cross direction of the waveguide. Depending on the mode of action of A distinction is made between real switches and Resonance switches. How the real switches work is the same as with mechanical switches. As real Switches in the longitudinal direction of the waveguide are web waveguide and fineline PIN diode switch known become. However, these switches are manufacturing-related complex and require a mostly undesirable high Installation length. This disadvantage is caused by in the cross direction Installation of the waveguide built-in switch avoided.

Bei Resonanz-PIN-Dioden-Schalter werden die Transmissions- und Isolationseigenschaften durch die Frequenzlage einer durch den Schaltzustand der PIN-Dioden festgelegten Reso nanz bestimmt.With resonance PIN diode switches, the transmission and isolation properties by the frequency position of a Reso determined by the switching state of the PIN diodes not determined.

Ein in Querrichtung einbaubarer Hohleiter-PIN-Dioden- Schalter ist beispielsweise bekannt aus der DE-OS 35 34 980. Es ist dies eine Schaltung mit Phasen drehglied. Seine Einbaulänge ist sehr gering und lediglich gleich der Rahmeneinfrästiefe für den Einbau des Sub strats, auf dem der Schalter realisiert ist. Jedoch erfor dert dieser Schalter auf beiden Seiten des Substrats eine metallische Leitungsstruktur, so daß beim Einbau des Schalters, beide Substratseiten mit der Substrataufnahme kontaktiert werden müssen. Außerdem weist er für den Durchlaß- und Sperrzustand die gleichen zu justierenden Schaltungselemente auf, so daß bei der Dimensionierung ein Kompromiß zwischen Durchlaß- und Sperreigenschaften ge troffen werden muß und dadurch keine optimalen Werte erzielbar sind.A cross-directional semiconductor PIN diode Switch is known for example from the DE-OS 35 34 980. This is a circuit with phases rotary member. Its installation length is very small and only is the same as the milling depth for installing the Sub strats on which the switch is implemented. However, this switch on both sides of the substrate metallic line structure, so that when installing the Switch, both sides of the substrate with the substrate holder need to be contacted. He also points for the Passing and blocking state the same to be adjusted Circuit elements on, so that when dimensioning a Compromise between passage and barrier properties ge must be met and therefore not optimal values are achievable.

Der Erfindung liegt die Aufgbe zugrunde, den Stand der Technik zu verbesssern. Insbesondere soll der PIN-Dioden- Schalter einfach einbaubar und seine Sperr- und Durchlaß eigenschaften sollen möglichst getrennt justierbar oder dimensionierbar sein. The invention is based on the task, the state of the To improve technology. In particular, the PIN diode Switch easily installed and its blocking and passage properties should be adjusted as separately or as possible be dimensionable.

Die Aufgabe wird bei einem Resonanz-PIN-Dioden-Schalter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art durch die in seinem kennzeichnenten Teil genannte Erfin dung gelöst. Es ist nunmehr möglich, bei geringer Einbau tiefe und leichter Montage optimale Sperr- und Durchlaß werte zu erzielen. Anspruch 3 gibt eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters.The task is with a resonance PIN diode switch the type mentioned in the preamble of claim 1 by the inven- tion mentioned in its characteristic part solved. It is now possible with little installation deep and easy installation optimal blocking and passage to achieve values. Claim 3 gives an advantageous Embodiment of the switch according to the invention.

Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen näher er läutert. Es zeigen im einzelnen:The invention will now he closer with reference to drawings purifies. The individual shows:

Fig. 1 vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines Reso nanz-PIN-Dioden-Schalters gemäß der Erfindung Fig. 1 advantageous embodiment of a resonance PIN diode switch according to the invention

Fig. 2 Ersatzschaltbild des Schalters nach Fig. 1 für den Durchlaßbereich Fig. 2 equivalent circuit diagram of the switch of Fig. 1 for the pass band

Fig. 3 Ersatzschaltbild des Schalters nach Fig. 1 für den Sperrbereich Fig. 3 equivalent circuit diagram of the switch of FIG. 1 for the restricted area

In Fig. 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Resonanz-PIN-Dioden-Schalters gemäß der Erfindung darge stellt. Der linke rechteckige Teil der Fig. 1 wird in die Querschnittsfläche des zu schaltenden Rechteckhohlleiters eingesetzt. Der rechte schmale Teil 13 der Fig. 1 dient der Stromzuführung für zwei PIN-Dioden 4 und 5. Er ist als Streifenleitungstiefpass ausgeführt mit Mittelleiter 11 und rechteckförmigen Erweiterungen 12. Die schraffiert gezeichneten Flächen sind metallische Flächen, die auf gebracht sind oder nach einem Ätzvorgang stehen geblieben sind. Die kleine Querschnittsachse M-M des Schalters fällt mit der kleinen Querschnittsachse des Rechteckhohlleiters zusammen. Der (metallische) Rahmen 1 des Schalters wird mit dem Hohlleiter kontaktiert. In Fig. 1 is a preferred embodiment of a resonance PIN diode switch according to the invention is Darge. The left rectangular part of FIG. 1 is inserted into the cross-sectional area of the rectangular waveguide to be switched. The right narrow part 13 of FIG. 1 is used for the current supply for two PIN diodes 4 and 5 . It is designed as a stripline low-pass filter with a central conductor 11 and rectangular extensions 12 . The hatched areas are metallic surfaces that are brought on or have remained after an etching process. The small cross-sectional axis MM of the switch coincides with the small cross-sectional axis of the rectangular waveguide. The (metallic) frame 1 of the switch is contacted with the waveguide.

In der Mitte der Breitseite des Substrates ist jeweils eine Leitungsfläche 2 bzw. 3 vorgesehen, auf der sich jeweils im Abstand d ₂ von der Achse M-M die PIN-Dioden fußpunkte befinden. Sie sind jeweils über eine PIN-Diode 4 bzw. 5 mit dem Mittelleiter 11 verbunden. An dem der Diode benachbarten Ende der Leitungsfläche 2 ist eine Stich leitung 6 und in gleicher Weise an dem der Diode 5 benach barten Ende der Leitungsfläche 3 ist eine Stichleitung 7 angeordnet. Gegenüber der Stichleitung 6 auf der anderen Seite des Mittelleiters 11 ist eine mit dem Mittelleiter 11 verbundene Ringleitung 8 und gegenüber der Stichleitung 7 ist in gleicher Weise eine mit dem Mittelleiter 11 verbundene Ringleitung 9 vorgesehen. Zwischen den beiden Dioden ist der konstante Abstand zwischen den Leitungs flächen 2 und 3 und dem Mittelleiter jeweils mit d ₄ be zeichnet. Die Länge einer Stichleitung ab dem Fußpunkt der Diode ist jeweils d ₁ und der Abstand einer Ringleitung von der kleinen Querschnittsachse ist mit d ₃ bezeichnet.In the middle of the broad side of the substrate, a line area 2 or 3 is provided, on which the PIN diodes are located at a distance d ₂ from the axis MM . They are each connected to the center conductor 11 via a PIN diode 4 or 5 . On the adjacent end of the line of the diode surface 2 is a stitch line 6 and in the same manner to which the diode 5 Benach disclosed end of the line area 3 shows a branch line 7 is located. Opposite the spur line 6 on the other side of the center conductor 11 is a ring line 8 connected to the center conductor 11 and opposite to the spur line 7 a ring line 9 connected to the center conductor 11 is provided in the same way. Between the two diodes, the constant distance between the line surfaces 2 and 3 and the center conductor is in each case marked with d ₄ . The length of a stub line from the base point of the diode is d ₁ and the distance of a ring line from the small cross-sectional axis is designated d ₃ .

Fig. 2 zeigt das Ersatzschaltbild des Schalters für den Durchlaßbereich. Hierbei werden die PIN-Dioden 4 und 5 in Flußrichung betrieben. Sie sind daher in Fig. 2 als (nie derohmige) Leiter 4 und 5 dargestellt. Fig. 2 shows the equivalent circuit diagram of the switch for the pass band. Here, the PIN diodes 4 and 5 are operated in the direction of flow. They are therefore shown in Fig. 2 as (never the ohmic) conductors 4 and 5 .

Die Bezeichnung der Abstände in Fig. 2 ist die gleiche wie in Fig. 1. Es zeigt sich, daß der Schalter im Durchlaß bereich eine Übertragungscharakteristik besitzt, die einer Hohlleiterblende mit der Breite 2 × d ₂ und der Höhe 2 × d ₄ entspricht. Wie bei einer Blende liefern die parallel zu den Schmalseiten des Hohlleiters durch die PIN-Dioden verlaufenden Stromwege den induktiven und die beiden parallel zu den Breitseiten verlaufenden Kanten der Lei tungsflächen 2 und 3 den kapazitiven Beitrag.The designation of the distances in Fig. 2 is the same as in Fig. 1. It shows that the switch in the passband has a transmission characteristic which corresponds to a waveguide aperture with the width 2 × d ₂ and the height 2 × d ₄ . As with an aperture, the current paths that run parallel to the narrow sides of the waveguide through the PIN diodes provide the inductive and the two edges of the line areas 2 and 3 that run parallel to the broad sides make the capacitive contribution.

In Fig. 3 ist das Ersatzschaltbild des Schalters für den Sperrbereich dargestellt. Es gelten die gleichen Bezugs zeichen wie in Fig. 1. Die gesperrten und damit hochohmi gen Dioden sind hier durch ihre Kapazitäten 4 und 5 sym bolisiert. Die wirksame Kapazität der Dioden wird durch die jeweilige ihr benachbarte Stichleitung (z.B. in Fig. 1 die Kapazität der Diode 4 durch die Stichleitung 6) er höht, da das Massepotential durch die Stichleitungen an die jeweiligen Fußpunkte der Dioden transformiert wird.In Fig. 3 the equivalent circuit diagram of the switch for the restricted area is shown. The same reference signs apply as in FIG. 1. The blocked and thus high-resistance diodes are symbolized here by their capacitances 4 and 5 . The effective capacitance of the diodes is increased by the respective stub line adjacent to them (eg in FIG. 1 the capacitance of the diode 4 by the stub line 6 ), since the ground potential is transformed by the stub lines to the respective base points of the diodes.

Die Ringleitungen 8 und 9 im jeweiligen Abstand d ₃ von der kleinen Querschnittsachse M-M haben eine frequenzabhängige Reaktanz. Die Summe der Reaktanzen, gebildet aus den Reaktanzen der Dioden 4 und 5 und den Reaktanzen der Ringleitungen 8 und 9, jeweils transformiert über die Längen d ₂ bzw. d ₃, ergibt in der Mitte des Hohlleiters für die Resonanzfrequenz einen Kurzschluß. Die Sperrdämpfung hat bei der mit der Betriebsfrequenz des Schalters iden tischen Resonazfrequenz des Schalters ihr Maximum.The ring lines 8 and 9 at the respective distance d ₃ from the small cross-sectional axis MM have a frequency-dependent reactance. The sum of the reactances, formed from the reactances of the diodes 4 and 5 and the reactances of the ring lines 8 and 9 , each transformed over the lengths d ₂ and d ₃ , results in a short circuit in the center of the waveguide for the resonance frequency. The blocking attenuation has its maximum at the operating resonance frequency of the switch.

Es ist zweckmäßig, den Schalter durch Variation des Dio denabstandes 2 × d ₂ und Variation der Höhe 2 × d ₄ zunächst für den Durchlaßbereich zu optimieren. Anschließend kann die Optimierung des Sperrbereichs durch Variation der Stich leitungslänge d ₁ und der Abmessungen der Ringleitungen 8 und 9 ohne Rückwirkung auf das Durchlaßverhalten des Schalters vorgenommen werden.It is advisable to first optimize the switch by varying the distance between the diodes 2 × d ₂ and varying the height 2 × d ₄ for the pass band. Then the optimization of the blocking area can be carried out by varying the branch line length d ₁ and the dimensions of the ring lines 8 and 9 without affecting the passage behavior of the switch.

Claims

1. Resonance PIN diode switch for waveguide circuits for installation in the cross-sectional plane of a rectangular waveguide with line structures arranged on a substrate, characterized in that the pass band of the switch through the circuit corresponding to a waveguide diaphragm by means of two PIN diodes and the blocking region blind elements in the form of line elements ( 6 , 7 , 8 , 9 ) provided between the diode location and the narrow side of the waveguide.

2. Switch according to claim 1, characterized in that the line structures to form the switch only are arranged on one side of the substrate.

3. Switch according to claim 1 or 2, characterized in that on the substrate, a narrow center conductor ( 11 ) is provided in the major axis of the rectangular cross section of the waveguide, which is connected to a low-pass line ( 12 ) on a narrow side of the waveguide, that a line surface ( 2 ; 3 ) is arranged symmetrically to the center of the narrow side of the substrate, on which there is a PIN diode base point (FP) at a distance ( d ₂ ) on both sides of the center of the broad side of the substrate, each of which Is connected to the center conductor ( 11 ) via a PIN diode ( 4 ; 5 ), that a stub line ( 6 or 7 ) is arranged as a blind element at each PIN diode base point (FP) and that in each case opposite the stub line ( 6 ; 7 ) on the other side of the central conductor ( 11 ) as a dummy element, a ring line ( 8 or 9 ) connected to the central conductor ( 11 ) is provided.