RU1818644C

RU1818644C - Attenuator

Info

Publication number: RU1818644C
Authority: RU
Inventors: Роман Анатольевич Прохоров
Original assignee: Московский энергетический институт
Priority date: 1991-06-03
Filing date: 1991-06-03
Publication date: 1993-05-30

Abstract

Использование: изобретение относитс к радиоэлектронике СВЧ и может быть использовано в качестве аттенюатора. Сущность изобретени : аттенюатор, содержащий первый, второй, третий и четвертый четвертьволновые отрезки линий пе- редачи 1-4, причем между входом и выходом включен отрезок 1, к концам кото- . рого одними электродами подключены по- лупроводниковые диоды 5, 6, другие электроды диодов соединены с отрезками 2, 3 соответственно, а другие концы отрезков 2, 3 подключены к концам отрезка 4. Дл повышени допустимой мощности введены резисторы 7,8, подключенные одними выводами к концам отрезка 4, а другими - к общей шине. При этом волновые сопротивлени отрезков 2, 3 и сопротивлени резисторов 7, 8 выбраны из приведенных соотношений. При нулевом или обратном смещении диоды 5,6 наход тс в высокоим- педансном состо нии, и аттенюатор вносит в тракт малые потери. При подаче на диоды 5, 6 посто нного тока пр мого, смещени импедансы диодов 5, 6 снижаютс . ЛсГмере увеличени тока вносимое ослабление аттенюатора возрастает вплоть до максимального значени , при этом аттенюатор работает в режиме согласовани по входу и выходу. Повышение допустимой входной мощности аттенюатора достигаетс за счет снижени мощностей, рассеиваемых в диодах 5, 6. 2 ил. W ЈUsage: the invention relates to microwave electronics and can be used as an attenuator. SUMMARY OF THE INVENTION: an attenuator comprising first, second, third, and fourth quarter-wave segments of transmission lines 1-4, with a segment 1 included between the input and output, to the ends of which. semiconductor diodes 5, 6 are connected by one electrodes, other diode electrodes are connected to segments 2, 3, respectively, and the other ends of segments 2, 3 are connected to the ends of segment 4. To increase the allowable power, resistors 7.8 are connected, connected by one of the leads to the ends of line 4, and others to the common bus. In this case, the wave resistances of segments 2, 3 and the resistances of resistors 7, 8 are selected from the above relations. At zero or reverse bias, the 5.6 diodes are in a high-impedance state, and the attenuator introduces small losses into the path. When direct current is applied to the diodes 5, 6, the bias impedances of the diodes 5, 6 are reduced. As the current increases, the attenuator insertion attenuation increases up to the maximum value, while the attenuator works in input and output matching mode. An increase in the allowable input power of the attenuator is achieved by reducing the power dissipated in the diodes 5, 6. 2 il. W Ј

Description

Изобретение относитс к радиоэлектронике и СВЧ и может быть использовано дл регулировани уровн мощности.The invention relates to radio electronics and microwave and can be used to control the power level.

Целью изобретени вл етс повышение допустимой входной мощности аттенюатора .An object of the invention is to increase the allowable input power of the attenuator.

Поставленна цель достигаетс тем, что в аттенюатор, содержащий четыре четвертьволновых отрезка линий передачи, причем между в ходом и выходом аттенюатора включен первый отрезок, к концам которого одними электродами подключены два лолупроводниковых диода, другие электроды диодов соединены со вторыми отрезками, а свободные концы этих отрезков подключены к концам третьего отрезка, введены два резистора, включенные на концах третьего отрезка, причем свободные выводы резисторов соединены с общей шиной, а волновое сопротивление Zc2 вторых отрезков и сопротивление R резисторов выбраны из соотношений;This goal is achieved by the fact that in the attenuator contains four quarter-wave segments of transmission lines, and between the input and output of the attenuator the first segment is connected, to the ends of which two loloconductor diodes are connected by one electrode, the other diode electrodes are connected to the second segments, and the free ends of these segments connected to the ends of the third segment, two resistors are introduced, included at the ends of the third segment, and the free terminals of the resistors are connected to a common bus, and the wave impedance Zc2 is second segments and the resistance R of the resistors are selected ratios;

0000

с with

44

Zc2 Zc2

V V

(D(D

Zc3Zc3

Рвх/2 Ррас - 1Rvh / 2 Rras - 1

где Zc, Zc3 - волновые сопротивлени первого и третьего отрезков линий соответственно , Рвх - заданна величина максимальной мощности аттенюатора, Ррас - допустима рассеиваема мощность дл полупроводникового диода. . .where Zc, Zc3 are the wave impedances of the first and third line segments, respectively, Pbx is the specified value of the maximum power of the attenuator, and Pras is the allowable power dissipation for the semiconductor diode. . .

Величину волнового сопротивлени третьего отрезка ZC3 следует выбирать по возможности меньшей дл увеличени ши- рокополосности предлагаемого аттенюатора .The value of the impedance of the third segment ZC3 should be chosen as small as possible to increase the broadband of the proposed attenuator.

На фиг.1 приведена принципиальна электрическа схема аттенюатора; на фиг.2 - пример практической реализации аттенюатора в микрополосковом исполнении.Figure 1 shows a circuit diagram of an attenuator; figure 2 is an example of a practical implementation of the attenuator in microstrip design.

Аттенюатор содержит первый отрезок линии передачи 1, вторые отрезки 2, 3, третий отрезок 4, полупроводниковые диоды 5, 6, резисторы 7, 8 диэлектрическую подложку 9, четвертьволновые отрезки линий 10- 14, отрезок линии 15, контактные площадки 16, 17, металлизированное отверстие 18 в подложке.The attenuator contains a first segment of transmission line 1, second segments 2, 3, third segment 4, semiconductor diodes 5, 6, resistors 7, 8, dielectric substrate 9, quarter-wave segments of lines 10-14, line segment 15, pads 16, 17, metallized hole 18 in the substrate.

Устройство работает следующим образом; При нулевом или обратном смещении на диодах 5,6 они наход тс в высокоомном состо нии, и, благодар малой емкости диодов , отрезки линий 2, практически отключены от отрезка передачи 1. СВЧ-сигнал с малыми потер ми проходит со входа на выход аттенюатора. При подаче на каждый из диодов 5, 6 посто нного тока пр мого смещени 10 импедансы диодов снижаютс , остава сь при этом одинаковыми. По мере увеличени тока 0 ослабление, вносимое аттенюатором в СВЧ-тракт, возрастает вплоть до максимального значени .The device operates as follows; At a zero or reverse bias on the diodes 5.6, they are in a high-resistance state, and, due to the small capacitance of the diodes, the line segments 2 are practically disconnected from the transmission segment 1. The microwave signal with small losses passes from the input to the output of the attenuator. When a direct bias current 10 is applied to each of the diodes 5, 6, the impedances of the diodes are reduced, while remaining the same. As current 0 increases, the attenuation introduced by the attenuator into the microwave path increases to the maximum value.

Покажем, при каких значени х параметров элементов за вл емый аттенюатор работает в режиме согласовани . Входное сопротивление ZBx аттенюатора может быть записано в виде:We show at what values of the parameters of the elements the inventive attenuator operates in matching mode. The input impedance ZBx of the attenuator can be written as:

несложных преобразований получаетс выражение (1). Следовательно, за вл емый аттенюатор согласован по входу и, в силу симметрии принципиальной схемы, по вы5 ходу, если волновое сопротивление отрезков линий 2, 3 определено по формуле (1). Таким образом, аттенюатор работает в режиме согласовани при любых значени хsimple transformations, expression (1) is obtained. Therefore, the inventive attenuator is matched by input and, due to the symmetry of the circuit diagram, by output, if the wave impedance of line segments 2, 3 is determined by formula (1). Thus, the attenuator operates in matching mode at any value

. сопротивлений R резисторов 7,8 и при всех. resistances R of resistors 7.8 and for all

Ю величинах импедансов диодов Zfl, то есть во всем диапазоне вносимых ослаблений.The values of the impedances of the diodes Zfl, that is, in the entire range of introduced attenuations.

Введение резисторов 7,8 позвол ет повысить допустимую рассеиваемую мощность аттенюатора за счет снижени долиThe introduction of resistors 7.8 allows you to increase the allowable power dissipation of the attenuator by reducing the proportion

15 входной мощности, рассеиваемой в диодах 5, 6. Значени мощностей, рассеиваемых в каждом из диодов 5, 6, одинаковы и определ етс по формуле:15 of the input power dissipated in the diodes 5, 6. The values of the power dissipated in each of the diodes 5, 6 are the same and is determined by the formula:

расе :race:

4 Рд Zc Рвх4 Rd Zc Rvh

I 2ZA+ZC + ZcZc3/RI 2ZA + ZC + ZcZc3 / R

.2.2

(4)(4)

где Рвх - мощность на входе аттенюатора, RA Действительна часть импеданса диода Zfl. При достаточно больших значени х ослаблени аттенюатора, когда импеданс диодов невелик, возможно положить:where Rvh is the power at the input of the attenuator, RA The real part of the impedance of the diode Zfl. At sufficiently large attenuation attenuation values, when the impedance of the diodes is small, it is possible to put:

30thirty

ZA «Рд.ZA "Rd.

(5)(5)

Дол рассеиваемой в диоде мощности по отношению к входной мощности аттенюатора максимальна при условии:The fraction of power dissipated in the diode with respect to the input power of the attenuator is maximum provided that:

RxRx

fd + ffd + f

))

(6)(6)

Подставл значение Рд из (6) в (4) и 40 Учитыва соотношение (5), получаем выражение дл определени максимального значени рассеиваемой в диоде мощности:Substituted the value of RD from (6) into (4) and 40 Considering relation (5), we obtain an expression for determining the maximum value of the power dissipated in the diode:

Р - R -

г расе- -гвхg rase-gvh

1 + Zc3/R 1 + Zc3 / R

(7)(7)

-вх-in

A -Zc+ZcaZcsZ/RA-Zc + ZcaZcsZ / R

ZJ2 2 Zc3 ZA + Zc3 Zc 2д Zc3 Zc + Zfl Zc3 ZJ2 2 Zc3 ZA + Zc3 Zc 2d Zc3 Zc + Zfl Zc3

Zc3Zc3

z&z &

где Zg - импеданс любого из диодов 5, 6.where Zg is the impedance of any of the diodes 5, 6.

Дл обеспечени согласовани необходимо , чтобы выполн лось условие ZBX Zc, с учетом которого из соотношени (3) послеTo ensure coordination, it is necessary that the condition ZBX Zc is fulfilled, taking into account which from relation (3) after

Из соотношени (7) вытекает формула (2) дл определени требуемой величины сопротивлени R резисторов 7, 8. При умень50 шении сопротивлени R рассеиваемые в диодах 5, 6 мощности, в соответствии с (7), снижаютс , что позвол ет повысить допустимую входную мощность аттенюатора. Аттенюатор реализован в микрополо55 сковом исполнении на диэлектрической подложке 9 из поликора толщиной 1 мм. Отрезки линии передачи 1, 2, 3, 4 имеют длину, равную четверти длины волны на рабочей частоте f - 3,2 ГГц. Волновое сопротивление отрезков линий 1,4 составл ет 50Formula (2) follows from relation (7) to determine the required value of the resistance R of the resistors 7, 8. When the resistance R decreases, the power dissipated in the diodes 5, 6 decreases in accordance with (7), which makes it possible to increase the allowable input power attenuator. The attenuator is implemented in a microstrip design on a dielectric substrate 9 of 1 mm thick polycor. The segments of the transmission line 1, 2, 3, 4 have a length equal to a quarter of the wavelength at the operating frequency f - 3.2 GHz. The wave impedance of line segments 1.4 is 50

Ом, а отрезков 2,3-35 Ом. На кра х отрезка 1 подключены одноименными электродами идентичные pin-диоды 5, 6 типа 2А517А. Резисторы 7, 8 выполнены в виде пр моугольных областей подсло с высоким удельным сопротивлением. Четвертьволновые шлейфы 12,13 с низким волновым сопротивлением служат дл заземлени свободных выводов резисторов 7, 8 по СВЧ-тОку. Четвертьволновый шлейф 10 с высоким волно- вым сопротивлением и контактна площадка 17 с металлизированным отверстием 18 предназначены дл соединени отрезка 1 с заземл ющим основанием по посто нному току. Четвертьволновые шлейфы с высоким 11 и низким 14 волновым сопротивлением образуют ФНЧ и вместе с отрезком линии 15 и контактной площадкой 16 служат дл подачи управл ющего тока пр мого смещени на дио- ды 5, 6.Ohm, and segments of 2.3-35 Ohms. At the edges of section 1, identical pin diodes 5, 6 of type 2A517A are connected with the same electrode. Resistors 7, 8 are made in the form of rectangular regions of the sublayer with high resistivity. The low-impedance quarter-wave cables 12.13 serve to ground the free terminals of the resistors 7, 8 through the microwave current. A high-impedance quarter-wave cable 10 and a contact pad 17 with a metallized hole 18 are used to connect the segment 1 to the ground base by direct current. The quarter-wave loops with a high 11 and a low 14 wave impedance form a low-pass filter and, together with the line segment 15 and the contact pad 16, serve to supply a direct bias control current to the diodes 5, 6.

Таким образом, за вл емый аттенюатор обеспечивает достижение технико-экономического эффекта, св занного с повышением допустимой входной мощности .Thus, the inventive attenuator ensures the achievement of a technical and economic effect associated with an increase in the allowable input power.

Входinput

55

77

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION An attenuator comprising first, second, third, and fourth segments of quarter-wavelength transmission lines, wherein to the ends of the first, segment, which are the input and output i of the attenuator, semiconductor diodes are connected by one electrodes, the other electrodes of which are connected to one end of the second segments and their other ends are connected to the ends of the third segment, characterized in that, in order to increase the allowable input power, two resistors are introduced, which are connected between the ends of the third segment and the common otherwise, a second characteristic impedance ratios of the segments is selected from

2C - wave impedance of the first segment;

Zc2 - wave impedance of the second segments;

Zc3 wave impedance of the third segment.

2s

Out

--J

{

Fie. 1

V

9 46

L fg fj

/ y

figure 2