RU2097877C1

RU2097877C1 - Microwave power limiter

Info

Publication number: RU2097877C1
Application number: RU94011538A
Authority: RU
Inventors: И.В. Лебедев; А.С. Шнитников; Л.М. Дроздовская; Н.В. Дроздовский
Original assignee: Московский энергетический институт (Технический университет)
Priority date: 1994-04-04
Filing date: 1994-04-04
Publication date: 1997-11-27

Abstract

FIELD: radio engineering; microwave devices for overload protection of high-sensitivity receiver input and for preventing its failure under effect of internal transmitter signal or high-power external signal. SUBSTANCE: limiter has transmission-line section one of whose ends functions as limiter input and other end, as its output. Detector and switching diodes shorting out this line are interconnected for DC current through their unlike-polarity electrodes. Limiter incorporates isolating capacitor and choke coil affording DC circuit closure. Additional detector diode whose capacitance is 50-100 times higher than of detector and switching diodes is inserted in series into transmission-line section for microwave and DC currents; switching diode and additional detector diode are interconnected at common point through their unlike-polarity electrodes. EFFECT: improved reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к разработке СВЧ-устройств, предназначенных для защиты входа чувствительного устройства от перегрузки и выхода из строя под действием сигнала собственного передатчика или мощного стороннего сигнала. The invention relates to radio engineering, in particular to the development of microwave devices designed to protect the input of a sensitive device from overload and failure under the action of a signal from its own transmitter or a powerful third-party signal.

Из уровня техники известны полупроводниковые защитные устройства, в которых в качестве элемента, ограничивающего СВЧ-мощность, используются pin-диоды, ограничительные и характерные диоды и полевые транзисторы [1] Недостатком pin-диодных ограничителей мощности при большой толщине pin-структуры, необходимой для обеспечения высокой рабочей мощности, является отсутствие самоуправляемости под действием входного СВЧ-сигнала. Недостатком защитных ограничителей, выполненных на ограничительных диодах, варакторных диодах и полевых транзисторах, является невысокая допустимая входная мощность. The prior art semiconductor protective devices are known in which pin diodes, restrictive and characteristic diodes and field effect transistors are used as an element limiting microwave power [1] The disadvantage of pin diode power limiters with a large thickness of the pin structure necessary to ensure high working power, is the lack of self-control under the influence of the input microwave signal. The disadvantage of protective limiters made on restrictive diodes, varactor diodes and field effect transistors is the low allowable input power.

Наиболее близким техническим решением для преодоления указанных недостатков, принятым в качестве прототипа, является квазиактивный ограничитель СВЧ-мощности [2] содержащий отрезок линии передачи, один конец которого является входом, а другой выходом ограничителя, и переключательный и детекторный диоды, встречно включенные в линию передачи с помощью металлических проводников. Такой ограничитель в высокоимпедансном состоянии диодов пропускает с малыми потерями слабый СВЧ-сигнал, а в низкоимпедансном состоянии тех же диодов создает отражение входного СВЧ-сигнала, мощность которого превышает пороговое значение, благодаря подпитке переключательного pin-диода постоянным током, генерируемым детекторным диодом. The closest technical solution to overcome these shortcomings, adopted as a prototype, is a quasi-active microwave power limiter [2] containing a segment of the transmission line, one end of which is the input and the other output of the limiter, and switching and detector diodes, which are in turn included in the transmission line using metal conductors. Such a limiter in the high-impedance state of the diodes transmits a weak microwave signal with low losses, and in the low-impedance state of the same diodes it reflects the input microwave signal, the power of which exceeds the threshold value, due to the feeding of the switching pin diode with direct current generated by the detector diode.

Недостатком ограничителя [2] является небольшая развязка в режиме высокого уровня мощности и, как следствие этого, относительно высокая величина просачивающейся СВЧ-мощности. Это обусловлено, в частности тем, что подпитка pin-диода постоянным током осуществляется от одного детекторного диода, рабочая площадь которого мала для обеспечения низких вносимых потерь в режиме пропускания. The disadvantage of the limiter [2] is a small isolation in the high power level mode and, as a consequence of this, the relatively high amount of leaking microwave power. This is due, in particular, to the fact that the pin diode is fed with direct current from one detector diode, the working area of which is small to ensure low insertion loss in the transmission mode.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении развязки в режиме высокого уровня мощности и снижении величины просачивающейся мощности. Эта задача решается тем, что в ограничителе СВЧ-мощности, содержащем отрезок линии передачи, один из концов которого является входом ограничителя, а другой его выходом, и шунтирующие эту линию детекторный и переключательный диоды, соединенные по постоянному току своими разноименными электродами, 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 диоды соединены в общей точке своими разноименными электродами. The problem solved by the invention is to increase the isolation in the high power mode and reduce the amount of leaking power. This problem is solved by the fact that in the microwave power limiter containing a segment of the transmission line, one end of which is the input of the limiter, and the other its output, and detector and switching diodes shunting this line, connected by direct current with their opposite electrodes, into a line segment the transmission from the input side of the limiter is sequentially connected via microwave current and direct current to an additional detector diode, the capacitance of which is 50-100 times higher than the capacitance of the detector and switching diodes, and The switching and additional detector diodes are connected at a common point by their unlike electrodes.

На фиг. 1 представлена эквивалентная электрическая схема предлагаемого ограничителя; на фиг. 2 показан пример его реализации в интегральном исполнении на базе микрополосковой линии передачи. In FIG. 1 presents an equivalent electrical circuit of the proposed limiter; in FIG. Figure 2 shows an example of its implementation in integrated design based on a microstrip transmission line.

Ограничитель мощности содержит линию передачи (фиг.1), которую шунтируют детекторный V1 и переключательный V2 диоды, соединенные по постоянному току своими разноименными электродами. В отрезок линии передачи со стороны входа ограничителя последовательно включен по СВЧ-току и по постоянному току дополнительный детекторный диод V3, емкость которого в 50-100 раз превышает емкости детекторного и переключательного диодов. Переключательный и дополнительный детекторный диоды соединены в общей точке своими разноименными электродами. Ограничитель содержит разделительные конденсаторы C_разд и дросселирующий элемент L_др, обеспечивающий замыкание цепи постоянного тока.The power limiter contains a transmission line (Fig. 1), which is shunted by detector V1 and switching V2 diodes connected by direct current to their unlike electrodes. In the segment of the transmission line from the input side of the limiter, an additional detector diode V3 is connected in series with respect to the microwave current and direct current, the capacitance of which is 50-100 times higher than the capacitance of the detector and switching diodes. Switching and additional detector diodes are connected at a common point by their unlike electrodes. The limiter contains isolation capacitors C _div and a throttling element L _dr , providing a short circuit of the DC circuit.

Предлагаемый ограничитель мощности работает следующим образом. The proposed power limiter operates as follows.

При низком уровне входной СВЧ-мощности диоды V1 и V2 находятся в высокоимпедансном состоянии и практически не влияют на прохождение СВЧ-сигнала. Импеданс диода V3 на рабочей чистоте, имеющего емкость, в 50-100 раз большую емкости диодов V1 и V2, мал, что обеспечивает пропускание слабого СВЧ-сигнала с малыми потерями. Вносимые потери предлагаемого ограничителя мощности в режиме низкого уровня мощности малы. При входном СВЧ-сигнале, мощность которого превышает пороговое значение, открывается детекторный диод V₁ и переключательный pin-диод V2 начинает подпитываться постоянным током, замыкаемым через L_др. Диоды V1 и V2 переходят в низкоимпедансное состояние. Благодаря этому резко возрастает СВЧ-напряжение, падающее на дополнительном детекторном диоде V3. Он открывается, и в pin-диод начинает поступать дополнительный постоянный ток, генерируемый этим диодом. Вследствие этого импеданс pin-диода дополнительно снижается, и при одинаковой входной мощности достигается более сильное отражение сигнала по сравнению с прототипом. Это вызывает одновременно и снижение просачивающейся СВЧ-мощности.At a low level of input microwave power, the diodes V1 and V2 are in a high-impedance state and practically do not affect the passage of the microwave signal. The impedance of the V3 diode at working purity, having a capacitance 50-100 times greater than the capacitance of the diodes V1 and V2, is small, which ensures the transmission of a weak microwave signal with low losses. The insertion loss of the proposed power limiter in the low power mode is small. When the input microwave signal, the power of which exceeds the threshold value, the detector diode V ₁ opens and the switching pin diode V2 begins to be energized by direct current, closed through L _etc. Diodes V1 and V2 go into a low impedance state. Due to this, the microwave voltage incident on the additional detector diode V3 increases sharply. It opens, and an additional direct current generated by this diode begins to flow into the pin diode. As a result, the impedance of the pin diode is further reduced, and with the same input power, a stronger signal reflection is achieved compared to the prototype. This also causes a decrease in leaking microwave power.

При реализации ограничителя на базе микрополосковой линии передачи (фиг. 2) диод V3 включается в рассечку полоскового проводника, а параллельное включение диодов V1 и V2 обеспечивается известными методами с помощью разомкнутых на конце четвертьволновых шлейфов. Дополнительные элементы (четвертьволновые отрезки линии с малым и высоким характеристическим сопротивлением) служат для замыкания цепи постоянного тока всех рассматриваемых диодов. Разделительные конденсаторы, последовательно включенные в полосковый проводник на входе и на выходе ограничителя, предотвращают короткое замыкание цепи диодов V2 и V3 помимо диода V1. When implementing a limiter based on a microstrip transmission line (Fig. 2), the V3 diode is included in the cut-off of the strip conductor, and the parallel connection of the diodes V1 and V2 is provided by known methods using quarter-wave loops open at the end. Additional elements (quarter-wave line segments with small and high characteristic impedances) serve to close the DC circuit of all the diodes in question. Isolation capacitors connected in series to the strip conductor at the input and output of the limiter prevent short circuits of the diodes V2 and V3 in addition to the diode V1.

Использованная литература
1. Ропий А.И. и др. Сверхвысокочастотные защитные устройства. М. Радио и связь, 1993, 128с.References
1. Ropiy A.I. and other microwave protection devices. M. Radio and Communications, 1993, 128c.

Virk R.S. Rapadas J. PIN diodes are the building blocks of microwave limiters. Microwave Sustem News, 1990, V.20, No.3, P.51, 52, 54, 55. Virk R.S. Rapadas J. PIN diodes are the building blocks of microwave limiters. Microwave Sustem News, 1990, V.20, No.3, P.51, 52, 54, 55.

Claims

A microwave power limiter containing 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 unlike electrodes, as well as isolation capacitors and a throttling element that provides a short circuit DC circuit, characterized in that in the segment of the transmission line from the input side of the limiter is sequentially connected by microwave current and by direct current additional detector ny diode whose capacitance in 50 100 times the capacitance of the detector and the switching diode, the switching diode and the additional detector are connected to a common point their oppositely charged electrodes.