RU150029U1

RU150029U1 - Microwave power limiter

Info

Publication number: RU150029U1
Application number: RU2014139041/28U
Authority: RU
Inventors: Андрей Бернатович Гузовский; Дмитрий Михайлович Мосейкин; Сергей Владимирович Татаринов; Галина Сергеевна Шелгунова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод"
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2015-01-27

Abstract

Ограничитель СВЧ мощности в микрополосковом исполнении, содержащий pin-диоды, попарно объединенные в группы посредством подключения анода одного pin-диода к катоду другого, соединенные между собой и с разделительными конденсаторами на входе и выходе схемы микрополосковыми линиями, отличающийся тем, что в каждой группе один из pin-диодов соединен с корпусом посредством катода, а другой - посредством анода, при этом группа pin-диодов на входе ограничителя является наименее чувствительной и имеет наибольшее напряжение пробоя, а каждая последующая группа pin-диодов выполнена с возможностью увеличения уровня чувствительности и уменьшения величины напряжения пробоя.A microstrip microwave power limiter containing pin diodes, paired in groups by connecting the anode of one pin diode to the cathode of another, connected to each other and with isolation capacitors at the input and output of the circuit by microstrip lines, characterized in that in each group there is one of the pin diodes is connected to the casing by means of a cathode, and the other by the anode, while the group of pin diodes at the input of the limiter is the least sensitive and has the highest breakdown voltage, and each subsequent I Group pin-diodes is configured to increase sensitivity and reduce the magnitude of the breakdown voltage.

Description

Полезная модель относится к области радиотехники, в частности, к микрополосковой СВЧ технике, и может быть использована в радиолокации, связи, при разработке активных фазированных антенных решеток.The utility model relates to the field of radio engineering, in particular, to microstrip microwave technology, and can be used in radar, communications, and in the development of active phased antenna arrays.

Из уровня техники известен ограничитель мощности (Патент SU №1840159, опубликовано 27.07.2006 г., МПК: H01P 1/22 (2006.01). Ограничитель мощности содержит отрезок линии передачи, который свернут в петлю, первый конец которого является входом, а второй конец - выходом ограничителя мощности, соответственно, сосредоточенный резистор, первый вывод которого подключен к первому концу отрезка линии передачи, а второй его вывод - к первому выводу дросселя, первый и второй ограничительные диоды, которые подключены первыми электродами к отрезку линии передачи на расстояниях четверти и половины длины волны от его первого конца, соответственно, а вторыми электродами - подключены к общей шине, и третий ограничительный диод. С целью увеличения развязки и уменьшения вносимых потерь первый электрод третьего ограничительного вида соединен с общей шиной, а его второй электрод подключен к первому выводу дросселя, второй вывод которого соединен со вторым концом отрезка линии передачи.The power limiter is known from the prior art (Patent SU No. 1840159, published July 27, 2006, IPC: H01P 1/22 (2006.01). The power limiter comprises a transmission line section that is folded into a loop, the first end of which is the input and the second end - the output of the power limiter, respectively, is a concentrated resistor, the first output of which is connected to the first end of the length of the transmission line, and its second output is connected to the first output of the inductor, the first and second limiting diodes, which are connected by the first electrodes to the length of the transmission line at the quarter and half wavelengths from its first end, respectively, and the second electrodes are connected to a common bus, and the third limiting diode.In order to increase isolation and reduce insertion loss, the first electrode of the third limiting form is connected to a common bus, and its second electrode is connected to the first terminal of the inductor, the second terminal of which is connected to the second end of the length of the transmission line.

К недостаткам данного ограничителя мощности можно отнести высокий уровень прямых потерь и недостаточную величину подавления сигнала высокого уровня мощности.The disadvantages of this power limiter include a high level of direct losses and insufficient suppression of a signal of a high power level.

Известен ограничитель мощности (Патент RU №2097877, опубликовано 27.11.1997 г., МПК: H01P 1/15). Ограничитель СВЧ-мощности содержит отрезок линии передачи, один из концов которого является входом ограничителя, а другой конец его выходом, шунтирующие эту линию детекторный и переключательный диоды, соединенные по постоянному току своими разноименными электродами, а также разделительные конденсаторы и дросселирующий элемент, обеспечивающий замыкание цепи постоянного тока. При этом в отрезок линии передачи со стороны входа ограничителя последовательно включен по СВЧ-току и по постоянному току дополнительный детекторный диод, емкость которого в 50-100 раз превышает емкости детекторного и переключательного диодов, причем переключательный и дополнительный детекторный диод соединены в общей точке своими разноименными электродами.A known power limiter (Patent RU No. 2097877, published November 27, 1997, IPC: H01P 1/15). The microwave power limiter contains a segment of the transmission line, one end of which is the input of the limiter, and the other end its output, shunting this line of detector and switching diodes, connected by direct current with their opposite electrodes, as well as isolation capacitors and a throttling element that provides circuit closure direct current. At the same time, an additional detector diode, whose capacitance is 50-100 times higher than the capacitance of the detector and switching diodes, is connected in series to the segment of the transmission line from the input side of the limiter in terms of microwave current and DC, and the switching and additional detector diodes are connected at a common point by their opposite electrodes.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является ограничитель СВЧ мощности (Патент RU №2456705, дата публикации 20.07.20146, МПК: H01L 27/02 (2006.01), который выбран в качестве прототипа. Ограничитель СВЧ мощности содержит, как минимум, один pin-диод либо одну или несколько групп pin-диодов. Причем разные группы диодов соединены между собой микрополосковыми линиями. При этом ограничитель СВЧ мощности включает, по крайней мере, один источник питания, смещающий диод либо одну или несколько групп диодов в прямом направлении и подключенный к диодам через фильтр питания. К недостаткам данного технического решения можно отнести необходимость наличия питающего напряжения, а также недостаточную величину подавления СВЧ сигнала высокого уровня мощности.Closest to the claimed technical solution is the microwave power limiter (Patent RU No. 2456705, publication date 07/20/20146, IPC: H01L 27/02 (2006.01), which is selected as a prototype. The microwave power limiter contains at least one pin diode or one or more groups of pin diodes. Moreover, different groups of diodes are interconnected by microstrip lines. In this case, the microwave power limiter includes at least one power source that biases the diode or one or more groups of diodes in the forward direction and connected to the diodes through ithout power filter. The disadvantage of this technical solution is the necessity for the presence of the supply voltage, as well as insufficient suppression value high power microwave signal.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в увеличении уровня подавления СВЧ сигнала.The technical result of the proposed technical solution is to increase the level of suppression of the microwave signal.

Технический результат достигается тем что, ограничитель СВЧ мощности в микрополосковом исполнении содержит одну или несколько пар pin-диодов объединенных в группы посредством подключения анода одного pin-диода к катоду другого, соединенные между собой и с разделительными конденсаторами на входе и выходе схемы микрополосковыми линиями. При этом он отличается от прототипа тем, что в каждой группе один из pin-диодов соединен с корпусом посредством катода, а другой - посредством анода. Причем группа pin-диодов на входе ограничителя является наименее чувствительной и имеет наибольшее напряжение пробоя, а каждая последующая группа pin-диодов выполнена с возможностью увеличения уровня чувствительности и уменьшения величины напряжения пробоя.The technical result is achieved in that the microstrip microwave power limiter contains one or more pairs of pin diodes combined into groups by connecting the anode of one pin diode to the cathode of another, interconnected with isolation capacitors at the input and output of the circuit by microstrip lines. Moreover, it differs from the prototype in that in each group one of the pin diodes is connected to the housing through the cathode, and the other through the anode. Moreover, the group of pin diodes at the input of the limiter is the least sensitive and has the highest breakdown voltage, and each subsequent group of pin diodes is configured to increase the sensitivity level and reduce the value of the breakdown voltage.

Сущность полезной модели поясняется рисунками Фиг. 1 - Фиг. 2. На Фиг. 1 представлена функциональная схема ограничителя СВЧ мощности, а на Фиг. 2 - конструкция ограничителя СВЧ мощности в виде печатной платы, выполненной по микрополосковой технологии.The essence of the utility model is illustrated by the drawings of FIG. 1 - FIG. 2. In FIG. 1 is a functional diagram of a microwave power limiter, and FIG. 2 - design of a microwave power limiter in the form of a printed circuit board made by microstrip technology.

Ограничитель СВЧ мощности содержит входную группу, включающую pin-диоды 1,2. Pin диоды 1, 2 наименее чувствительные и имеют наибольшее напряжение пробоя, для того, чтобы выдержать попадающую на вход СВЧ мощность. Промежуточная группа образована pin-диодами 3, 4. Pin-диоды 3, 4 имеют средний уровень чувствительности и пробивного напряжения. Выходная группа образована pin-диодами 5, 6. Pin-диоды 5, 6 наиболее чувствительные, они обеспечивают минимальный уровень просачивающейся мощности. Аноды диодов 1, 3, 5 соединены с корпусом, а катоды этих диодов подключены, соответственно, к анодам диодов 2, 4, 6. При этом точки подключения соединены между собой отрезками микрополосковых линий 7, 8 с характеристической длиной λ/4. Катоды диодов 2, 4, 6 соединены с корпусом. На входе и выходе схемы расположены разделительные конденсаторы 9, 10, соединенные с входной и выходной группами pin-диодов посредством микрополосковых линий 11, 12.The microwave power limiter contains an input group including pin diodes 1.2. Pin diodes 1, 2 are the least sensitive and have the highest breakdown voltage, in order to withstand the microwave power incident on the input. The intermediate group is formed by pin diodes 3, 4. Pin diodes 3, 4 have an average level of sensitivity and breakdown voltage. The output group is formed by pin diodes 5, 6. Pin diodes 5, 6 are the most sensitive, they provide a minimum level of leaking power. The anodes of diodes 1, 3, 5 are connected to the housing, and the cathodes of these diodes are connected, respectively, to the anodes of diodes 2, 4, 6. In this case, the connection points are interconnected by segments of microstrip lines 7, 8 with a characteristic length λ / 4. The cathodes of the diodes 2, 4, 6 are connected to the housing. At the input and output of the circuit, separation capacitors 9, 10 are located, connected to the input and output groups of pin diodes via microstrip lines 11, 12.

Работа ограничителя мощности осуществляется следующим образом. В исходном состоянии диоды во всех группах находятся в нулевом смещении, а последовательное сопротивление этих диодов составляет не менее 0,1 МОм. При поступлении на вход устройства сигнала высокого уровня СВЧ мощности группы pin-диодов включаются в работу. При этом первой реагирует выходная группа наиболее чувствительных pin-диодов 5, 6, В i-области этих pin-диодов накапливаются носители заряда, и их сопротивление изменятся до единиц Ом, что приводит к шунтированию линии передачи и отражению значительного уровня мощности сигнала на вход устройства. Далее изменяется последовательное сопротивление pin-диодов 3,4 промежуточной группы и pin-диодов 1,2 входной группы. Таким образом, в установившемся режиме высокого уровня мощности линия передачи шунтируется на землю, в местах, электрическое расстояние между которыми равно λ/4, что обеспечивает наименьший просачивающийся уровень мощности.The operation of the power limiter is as follows. In the initial state, the diodes in all groups are at zero bias, and the series resistance of these diodes is at least 0.1 MΩ. When a signal of a high level of microwave power is received at the device input, groups of pin diodes are turned on. In this case, the output group of the most sensitive pin diodes 5, 6 is the first to respond. In the i-region of these pin diodes, charge carriers accumulate and their resistance changes to units of Ohms, which leads to shunting of the transmission line and reflection of a significant signal power level to the device input . Next, the series resistance of the pin diodes 3.4 of the intermediate group and the pin diodes 1.2 of the input group is changed. Thus, in the steady state high power level, the transmission line is shunted to the ground, in places where the electrical distance between them is equal to λ / 4, which ensures the smallest leaking power level.

Примером конкретного применения ограничителя СВЧ мощности может служить его использование в составе приемо-передающего модуля L-диапазона. Пример топологии представлен на Фиг. 2.An example of a specific application of a microwave power limiter can be its use as part of an L-band transceiver module. An example of the topology is shown in FIG. 2.

Ограничитель СВЧ мощности содержит три группы диодов: входную, промежуточную и выходную. В качестве входной группы, образованной диодами 1, 2, использованы наименее чувствительные pin-диоды, имеющие наибольшее напряжение пробоя, например, диоды CLA4607-219. В качестве промежуточной группы, образованной диодами 3, 4, использованы pin-диоды, имеющие средний уровень чувствительности и пробивного напряжения, например, диоды CLA4604-219. В качестве выходной группы, образованной диодами 5, 6, использованы pin-диоды, наиболее чувствительные и имеющие наибольшее напряжение пробоя, например, диоды CLA4601-219. Конструктивно ограничитель СВЧ мощности выполнен в виде печатной платы, изготовленной по микрополосковой технологии (Фиг. 2). При испытании опытного образца ограничителя СВЧ мощности были получены следующие результаты. Рабочий диапазон ограничителя СВЧ мощности составляет от 1 ГГц до 1,6 ГГц. Потери во всем диапазоне частот не превышают 0,7 дБ. Уровень просачивающейся импульсной мощности в режиме передачи не превышает 80 мВт, величина подавления при этом не ниже 40 дБ во всем диапазоне частот.The microwave power limiter contains three groups of diodes: input, intermediate and output. As the input group formed by diodes 1, 2, the least sensitive pin diodes with the highest breakdown voltage are used, for example, CLA4607-219 diodes. As an intermediate group formed by diodes 3, 4, pin diodes are used having an average level of sensitivity and breakdown voltage, for example, diodes CLA4604-219. As the output group formed by diodes 5, 6, pin diodes are used, which are the most sensitive and have the highest breakdown voltage, for example, CLA4601-219 diodes. Structurally, the microwave power limiter is made in the form of a printed circuit board manufactured by microstrip technology (Fig. 2). When testing a prototype microwave power limiter, the following results were obtained. The operating range of the microwave power limiter is from 1 GHz to 1.6 GHz. Losses in the entire frequency range do not exceed 0.7 dB. The level of seeping pulse power in the transmission mode does not exceed 80 mW, the suppression value is not lower than 40 dB in the entire frequency range.

Таким образом, предлагаемая схема ограничителя СВЧ мощности позволяет повысить уровень подавления СВЧ сигнала.Thus, the proposed circuit of the microwave power limiter can increase the level of suppression of the microwave signal.

Claims

A microstrip microwave power limiter containing pin diodes, paired in groups by connecting the anode of one pin diode to the cathode of another, interconnected and with isolation capacitors at the input and output of the circuit by microstrip lines, characterized in that in each group there is one of the pin diodes is connected to the housing through the cathode, and the other through the anode, while the group of pin diodes at the input of the limiter is the least sensitive and has the highest breakdown voltage, and each subsequent I Group pin-diodes is configured to increase sensitivity and reduce the magnitude of the breakdown voltage.