SU1293836A1

SU1293836A1 - Electronic high-frequency switching device

Info

Publication number: SU1293836A1
Application number: SU853960368A
Authority: SU
Inventors: Владимир Евгеньевич Цветаев; Инна Алексеевна Осадчая
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6510
Priority date: 1985-10-03
Filing date: 1985-10-03
Publication date: 1987-02-28

Abstract

Изобретение относитс к области радиотехники. Может быть использовано в мощных радиопередающих устройствах . Цель изобретени - уменьшение нелинейных искажений и повьшение допустимого уровн коммутируемых сиг- налЬв. В устройство введены четыре высокочастотных канала (ВЧ-канала), повышающий входной трансформатор 1, понижающий выходной трансформатор 34, два инвертирующих трансформатора 35, 39, Устройство содержит: два ВЧ- канала, конденсаторы 2, 31, 5, 33, 8, 40, 10, 41, 12, 36, 15, 38, p-i- п-диоды 3, 6, 9, II, 13, 16, катушки 32, 4, 7, 42, 37, 14 индуктивности соответственно в каждом ВЧ-кана- ле, разв зывающие фильтры 17-22, 43- 48, переменные токозадающие резисторы 23-28, управл кш1ий ключевой элемент 29. На чертеже также показаны клеммы подключени устройства: источник 30 питани , входна шина 49, выходна шина 50, разделительные конденсаторы 51, 52 дл заземлени средних точек повышак цих обмоток входного и выходного трансформаторов. Введение в устройство дополнительных элементов с новыми взаимосв з ми позвол ет повысить мощность коммутируемого ВЧ-сигнала в 1,5-2 раза и снизить уровень нелинейных искажений на 12-15 дБ. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. (Л N9 00 00 со ОThis invention relates to the field of radio engineering. It can be used in powerful radio transmitting devices. The purpose of the invention is to reduce nonlinear distortion and increase the permissible level of switched signals. Four high-frequency channels (HF channels) are introduced into the device, increasing the input transformer 1, reducing the output transformer 34, two inverting transformers 35, 39, The device contains: two RF channels, capacitors 2, 31, 5, 33, 8, 40, 10, 41, 12, 36, 15, 38, pi- p-diodes 3, 6, 9, II, 13, 16, inductance coils 32, 4, 7, 42, 37, 14, respectively, in each HF channel , decoupling filters 17-22, 43-48, variable current-setting resistors 23-28, controlling key element 29. The drawing also shows the terminals for connecting the device: power supply 30, input bus 49 , output bus 50, separation capacitors 51, 52 for grounding the midpoints of boosting the windings of the input and output transformers. Introduction of additional elements to the device with new interrelations allows increasing the power of the switched RF signal by 1.5–2 times and reducing the level of nonlinear distortions by 12–15 dB. 1 hp ff, 1 ill. (L N9 00 00 co O

Description

1one

12938361293836

Изобретение относитс к радиотехнике и может быть использовано, в частности, в мощных радиопередающих устройствах.The invention relates to radio engineering and can be used, in particular, in high-power radio transmitting devices.

Целью изобретени вл етс уменьшение нелинейных искажений и повьппе- ние допустимого уровн коммутируемых сигналов„The aim of the invention is to reduce non-linear distortions and to increase the permissible level of switched signals.

На чертеже представлена принципиальна электрическа схема предложен ного устройства.The drawing shows a circuit diagram of the proposed device.

Устройство содержит входной повышающий трансформатор I, повышающа обмотк а которого соединена одним концом через конденсатор 2 с анодом p-i-n-диода 3 первого ВЧ-канала, через катушку индуктивности 4 и конденсатор 5 с катодом p-i-n-диода 6 второго ВЧ-канала и через катушку индуктивности 7 и конденсатор 8 с катодом p-i-n-диода 9 третьего ВЧ-канала. Другой конец повьшающей обмотки трансформатора 1 соединен через разделительный конденсатор JO с анодом р 1 п-диода 11 четвертого ВЧ-канала, через конденсатор 12 с анодом p-i-n- диода 13 п того ВЧ-канала, и через катушку индуктивности 14 и конденсатор 15 с катодом p-i-n-диода 16 шеетого ВЧ-каналао Аноды всех p-i-n-ди- одов 3, 6, 9, 11, 13 и 16 через соответствующие разв зывающие фильтры 17, 18, 19, 20, 21, 22 и переменные токозадающие (регулируемые) резисторы 23, 24, 25, 26, 27 и 28 соединены с управл ющими ключевым элементом 29, подключенным к первой щине ( положительному полюсу) источника питающего 30 напр жени , втора шина (отри- цательньй полюс) которого заземлена. Катод диода 3 через конденсатор 31 и катушку 32 индуктивности и анод диода 6 через конденсатор 33 соединены с первым концом повышающей обмотки выходного понижающего трансформатора 34 и второй обмоткой инвертирующего трансформатора 35, другой конец которой заземлен. Катод диода 13 через конденсатор 36, катушки 37 индуктивности, анод диода 16 через конденсатор 38 соединены с вторым концом повьщ1ающей обмотки выходного трансформатора 34 и второй обмоткой инвертирующего трансформатора 39, другой конец которой заземлен Анод диода 9 через конденсатор 40 соединен с первой обмоткой инвертирующего трансформатора 39, другой конец которой заземпен. Катод диода 11The device contains an input step-up transformer I, which increases the winding and is connected at one end through a capacitor 2 to the anode of the pin diode 3 of the first RF channel, through the inductor 4 and a capacitor 5 to the cathode of the pin diode 6 of the second RF channel and through the inductor 7 and a capacitor 8 with the cathode of the pin diode 9 of the third RF channel. The other end of the upstream winding of the transformer 1 is connected via dividing capacitor JO to the anode p 1 of the p-diode 11 of the fourth RF channel, through the capacitor 12 to the anode of the pin diode 13 of the fifth RF channel, and through the inductor 14 and the capacitor 15 to the cathode pin - diode 16 of the wired HF channel Anodes of all pin diodes 3, 6, 9, 11, 13 and 16 through the corresponding decoupling filters 17, 18, 19, 20, 21, 22 and variable current-setting (adjustable) resistors 23, 24, 25, 26, 27 and 28 are connected to control key element 29 connected to the first shield (positive pole) and source of supply voltage 30, the second bus (The negative pole) is grounded. The cathode of diode 3 through a capacitor 31 and coil 32 inductance and the anode of diode 6 through a capacitor 33 is connected to the first end of the winding of the output step-down transformer 34 and the second winding of the inverting transformer 35, the other end of which is grounded. The cathode of diode 13 through capacitor 36, coils 37 of inductance, anode of diode 16 is connected through capacitor 38 to the second end of the output winding of output transformer 34 and second winding of inverting transformer 39, the other end of which is grounded. The anode of diode 9 is connected via capacitor 40 to first winding of inverting transformer 39 , the other end of which is instance. Cathode diode 11

5 0 50

через конденсатор 41 и катушку 42 индуктивности соединен с первой обмоткой инвертирующего трансформатора 35, другой конец которой заземлен. Катоды всех p-i-n-диодов 3, 6, 9, П, 13, 16 через соответствующие разв зывающие фильтры 43, 44, 45, 46, 47 и 48 заземленыо Понижающа входна обмотка трансформатора 1 соединена с входной шиной 49 выключател , а понюкающа выходна обмотка трансформатора ЗА соединена с выходной шиной 50 выключател .through the capacitor 41 and the coil 42 of the inductance is connected to the first winding of the inverting transformer 35, the other end of which is grounded. The cathodes of all pin diodes 3, 6, 9, П, 13, 16 are grounded through the corresponding decoupling filters 43, 44, 45, 46, 47 and 48. The downstream winding of the transformer 1 is connected to the input bus 49 of the switch, and the deluxe output winding of the transformer FOR connected to the output bus 50 switch.

Средн точка повьш1ающей обмотки входного трансформатора 1 через разделительный конденсатор 51 заземлена. Средн точка повьш1ающей обмотки выходного трансформатора 34 также заземлена через разделительный конденсатор 52„The middle point of the winding of the input transformer 1 is grounded via coupling capacitor 51. The middle point of the winding of the output transformer 34 is also grounded via a coupling capacitor 52 "

Предлагаемое устройство работает следзтощим образом.The proposed device works as follows.

Передающий высокочастотный тракт расщепл етс на шесть параллельных 5 каналов, имеющих определенное функциональное назначение. При этом за счет применени трансформаторов 1 и 34, соответственно повьш1ающего на входе и понижающего выходе, работа p-i-n-диoд,oв 3, 6, 9, 11, 13 и 16 происходит в более высокоомном высокочастотном тракте, и следова- телы-ю, с меньшими значени ми высокочастотного тока по сравнению с высокочастотным током первичной обмотки трансформатора 1.The transmitting high-frequency path is split into six parallel 5 channels that have a certain functional purpose. At the same time, due to the use of transformers 1 and 34, respectively increasing the input and the downstream output, the pin-diode operation, ov 3, 6, 9, 11, 13, and 16, occurs in the higher-impedance high-frequency path, and the following lower values of high frequency current compared with high frequency current of the primary winding of the transformer 1.

В открытом состо нии через устройство проходит сигнал большей ВЧ-мощ- ности: в пересчете на один p-i-n-ди- од. При подаче напр жени высокочас- тотного сигнала на первичную обмотку повьш ающего входного трансформатора 1 в зависимости от того, в открытом или закрытом состо нии наход тс высокочастотные каналы с последовательно включенными в них p-i-n-диодами 3, 6, 9, 11, 13 и 16j высокочастотный сигнал проходит на вторичную обмотку понижающего выходного транс- 0 форматора 34 с минимальным или максимальным ослаблением.In the open state, a higher RF power signal passes through the device: in terms of one p – i – n diode. When a high-frequency signal is applied to the primary winding of a step-up input transformer 1, depending on whether the high-frequency channels with pin diodes 3, 6, 9, 11, 13, and 16j are connected in series with them the high-frequency signal passes to the secondary winding of the down-output transformer 34 with minimum or maximum attenuation.

Открытое состо ние p-i-n-диодов 3, 6, 9, 11, 13,, 16 создаетс путем подачи через управл ющий ключевой элемент 29 тока пр мого смещени от источника 30.The open state of the p-i-n-diodes 3, 6, 9, 11, 13, 16 is created by supplying a forward bias current from the source 30 through the control key element 29.

При прохождении ВЧ-сигнала через -p-i-п-диоды 3,6, 9, II, 13 и 16в его .спектре по вл ютс гармоники основ0With the passage of the RF signal through -p-i-p-diodes 3.6, 9, II, 13 and 16, harmonics of the fundamental

5five

00

5five

ной частоты, так как структура p-i-n- диода не вл етс идеальным ключевым элементом. Дополнительное подавление этих гармоник осуществл етс благодар вьтолнению схемы выключател двухтактной, дл чего средние точки повьппающих обмоток трансформаторов 1 и 34 заземлены через соответствующие разделительные конденсаторь 51 и 52, В каждой ветви такой двухтактной схемы протекает высокочастотный ток противоположного направлени оfrequency because the p-i-n-diode structure is not an ideal key element. Additional suppression of these harmonics is due to the implementation of the push-pull switch circuit, for which the middle points of the winding windings of transformers 1 and 34 are grounded through the respective coupling capacitors 51 and 52. In each branch of this push-pull circuit, a high-frequency current flows in the opposite direction.

Прохождение положительной полуволны высокочастотного мощного сигнала приводит к накоплению дополнительного по сравнению с зар дом тока пр мого смещени зар да неосновных носителей, инжектированных в приконтактные области i-сло p-i-n-дио- 20 го тока отрицательной полуволны ВЧдов . При смене пол рности напр жени высокочастотного сигнала на отрицательную происходит частичное выт гивание этих накопленных неосновных носителей из i-сло . Катушка 32 индуктивности , а также соответственно катушки индуктивности 4, 7, 14, 37, 42 предназначены дл сглаживани броска обратного тока, возникающего в первый момент при переходе от положительной полуволны высокочастот- |Ного сигнала к отрицательной. На отрицательной полуволне происходит увеличение сопротивлени p-i-n-дио- да 3 в результате обеднени i-сло носител ми зар да, однако при этом p i-n-диoд 6, противоположной с p i n-диoдoм 3 пол рности включени , совместно с цепью, состо щей из катушки 4 индуктивности и разделительного конденсатора 5, разделительного конденсатора 33,обеспечивает шунтирование первогоВЧ-канала с увеличившимс сопротивлением, образованным конденсатором 2, p-i-n-диодом 3, конденсатором 31, катушкой 32 индуктивности . Дл того, чтобы ослабить - по вившиес нечетные гармоники параллельно этим двум ветв м, подсое25The passage of the positive half-wave of the high-frequency power signal leads to the accumulation of an additional, compared to the charge current, the forward displacement of the charge of minority carriers injected into the contact areas of the i-layer of the p-i-n-diode current of the negative half-wave RF. When the polarity of the high-frequency signal changes to a negative one, partial accumulation of these accumulated minority carriers from the i-layer occurs. Inductance coil 32, as well as inductors 4, 7, 14, 37, 42, respectively, are designed to smooth the inverse current surge that occurs at the first moment during the transition from the positive half-wave of the high-frequency | Nego signal to the negative one. On the negative half-wave, the pin-diode 3 increases in resistance as a result of depletion of the i-layer by charge carriers, however, the p in-diode 6, opposite to the pi n-diode 3 turn-on polarity, together with the circuit consisting of inductor coil 4 and isolating capacitor 5, separator capacitor 33, provides a shunting of the first RF channel with an increased resistance formed by capacitor 2, pin diode 3, capacitor 31, inductor coil 32. In order to attenuate the odd-numbered harmonics parallel to these two branches of m, connect 25

сигнала.signal.

Создание открытого состо ни p-i- -п-диодов 3, 6, 9, 11, 13 и 16 обеспечиваетс током пр мого смещени , протекающим по цеп м, образованным разв зывающими фильтрами 11-22, переменными резонаторами 23-28, осуществл ющими индивидуальную настройку по току пр мого смещени каждогоThe creation of the open state of pi-p diodes 3, 6, 9, 11, 13, and 16 is ensured by a forward bias current flowing through the circuits formed by the decoupling filters 11-22, the variable resonators 23-28, which are individually tuned. the forward bias current of each

p-i-n-диода, и разв зьшающими фильтрами 43-48, Така индивидуальна настройка позвол ет улучшить в целом линейность всего устройства за счет компенсации разброса вольт-амперных p-i-n-diode, and spreading filters 43-48. Such individual adjustment allows to improve the overall linearity of the entire device by compensating for the scattering of the current-voltage

35 характеристик используемых p-i-n- диодов ,35 characteristics of used p-i-n-diodes,

При подаче запирающего напр жени на управл ющий ключевой элемент 29 прекращаетс подача тока пр мого смещени на p-i-n-диоды 3, 6, 9, 11, 13, 16, в результате чего за счет рекомбинации носителей зар да в достаточно прот женной i-области сопротивление p-i-n-диодов 3, 6, 9, 11, 13 и 16 возрастает. При этом дополнительные поступлени неосновных носителей отсутствуют, так как отсутствует как пр мой, так и обратный ток смещени , сопротивление p-i-n-диодовWhen a blocking voltage is applied to the control key element 29, the forward bias current to the pin diodes 3, 6, 9, 11, 13, 16 stops, as a result of which, due to the recombination of charge carriers in a sufficiently long i-region, pin diodes 3, 6, 9, 11, 13 and 16 increases. At the same time, there is no additional supply of minority carriers, since there is no both forward and reverse bias current, resistance of p-i-n-diodes

4040

4545

дин атс канал, образованный конден- -50 3, 6, 9, 11, 13, 16 велико. При этомDin ATS channel formed by the condensate -50 3, 6, 9, 11, 13, 16 is large. Wherein

сатором 10, p-i-n-диодом 11, катушкой 42 индуктивности, конденсатором 41 и инвертирующим трансформатором 35,sator 10, p-i-n-diode 11, inductor coil 42, capacitor 41 and inverting transformer 35,

Работа других параллельных цепочек , образованных разделительными конденсаторами 8, 12, 15, 36, 38, 40 катушками индуктивности 7, 37, 14, p i n-диодами 9, 13, 16 и инвертирующим трансформатором 39 происходит аналогично описанной, с той лишь разницей , что пол рность включени p-i-n-диодов 9, 13 и 16 противополож- на пол рности включени p-i-n-диодов 3, 6 и 11 ,The operation of other parallel circuits formed by dividing capacitors 8, 12, 15, 36, 38, 40 by inductors 7, 37, 14, pi n-diodes 9, 13, 16 and inverting transformer 39 occurs as described, with the only difference that the polarity of the inclusion of pin diodes 9, 13 and 16 opposite to the polarity of the inclusion of pin diodes 3, 6 and 11,

Ослабление четных гармоник происходит на выходном понижающем трансформаторе 34, Применение повьппаюшегоThe weakening of even harmonics occurs on the output step-down transformer 34, the use of

и понижающего трансформаторов 1 и 34 позвол ет осуществл ть работу p-i-ii- диодов 3,.6,9, 1,13и16на пониженном высокочастотном токе, что приводит к увеличению величины мощности коммутируемого ВЧ сигнала, с одной стороны, а с другой стороны, - к уменьшениь искажений ВЧ-сигнала за счет обеднени i-сло открытых p-i-n-диодов носител ми при прохождении высокочастотноand step-down transformers 1 and 34 allow the operation of pi-ii diodes 3, .6.9, 1.13 and 16 on a reduced high-frequency current, which leads to an increase in the amount of power of the switched RF signal, on the one hand, and on the other hand, to reduce the distortion of the RF signal due to the depletion of the i-layer of open pin-diodes carriers during the passage of high-frequency

сигнала.signal.

p-i-n-диода, и разв зьшающими фильтрами 43-48, Така индивидуальна настройка позвол ет улучшить в целом линейность всего устройства за счет компенсации разброса вольт-амперныхp-i-n-diode, and spreading filters 43-48. Such individual adjustment allows to improve the overall linearity of the entire device by compensating for the scattering of the current-voltage

характеристик используемых p-i-n- диодов ,the characteristics of the used p-i-n-diodes,

При подаче запирающего напр жени на управл ющий ключевой элемент 29 прекращаетс подача тока пр мого смещени на p-i-n-диоды 3, 6, 9, 11, 13, 16, в результате чего за счет рекомбинации носителей зар да в достаточно прот женной i-области сопротивление p-i-n-диодов 3, 6, 9, 11, 13 и 16 возрастает. При этом дополнительные поступлени неосновных носителей отсутствуют, так как отсутствует как пр мой, так и обратный ток . смещени , сопротивление p-i-n-диодовWhen a blocking voltage is applied to the control key element 29, the forward bias current to the pin diodes 3, 6, 9, 11, 13, 16 stops, as a result of which, due to the recombination of charge carriers in a sufficiently long i-region, pin diodes 3, 6, 9, 11, 13 and 16 increases. At the same time, there are no additional inputs of minority carriers, since there is no both direct and reverse current. displacement, resistance of p-i-n-diodes

высокочастотньш сигнал передаетс с входной шины 49 на выходную шину 50 с большим ослаблением.the high-frequency signal is transmitted from the input bus 49 to the output bus 50 with a large attenuation.

Таким- образом, использование пред- 5 ложенного устройства позвол ет повысить мощность коммутируемого ВЧ-сигнала в 1,5-2 раз. При этом уровень нелинейных искажений снижаетс на 12-15 дБ,Thus, the use of the proposed device allows increasing the power of the switched RF signal by 1.5-2 times. The level of non-linear distortion decreases by 12-15 dB,

Claims

Invention Formula

1, Electronic high-frequency switch containing the first and second high-frequency channels, each of which contains an p-1-p-diode connected between the first capacitor plates, to the anode of which the first output of the corresponding dissociation filter is connected, to the cathode of p-1-p-diode the first high-frequency channel is connected to the first output of the other developing filter, the pin diodes of the first and second high-frequency

the channel is connected in the opposite direction; input-55 ductures — with the second lining of the first and output busbars, controlling the key element connected by the first switching point to the first bus of the supply voltage, three main inductance catches, two separation capacitors, the first plates connected to the common, Tokazadayuschih resistors, differing in a teme that, in order to reduce nonlinear distortions and increase the permissible level of switched signals, the input input and output

the first additional high-frequency channel, the second extreme end of the secondary switching of the upstream transformer is connected to the second plates of the first capacitors of the second and third additional high-frequency channels through the third main induction coil - the second cover of the first capacitor of the fourth additional high-frequency channel, the second lining of the second condensate of the first high-frequency channel through the first additional coil

output transformers, two inverting transformers, suppressive inductance connected to the first current resistor, three additional terminal of the primary winding coils inductance, four additional high-frequency channels similar to the first, and in the second high-frequency channel to the cathode of the pin diode the first additional output terminal is connected filter, and in the first and third additional transformer connected to the second plate of the second capacitor of the second high-frequency

35th channel and to the common bus through the output winding of the first inverting transformer, the input winding of which is connected to the main bus by one output, through the second

p-i-n-diodes are connected according to p-i-n-diode of the second high-frequency channel, in the second and fourth, additional high-frequency channels p-i-n-diodes are included according to

R-1-P-DIODOM of the first high-frequency transformer 5 is connected to the second main channel, separated by filters, the fourth capacitor is connected to the cathodes of that additional high-frequency pi n-diode by the first stage, the second one is connected to the common bus, connected to the second channel, through the third additional inductance coil - with the second swarm to the supply voltage bus, the second 50 plates of the second capacitor, the survivors of the remaining decoupling filters of the additional high-frequency channel and through the output the winding of the second inverting transformer - with a common bus, the input winding 55 of which is connected between the common busbar and the second lining of the second through the corresponding current-generating resistors connected to the second switching terminal of the control key epemct, the primary winding of the transformer is connected between the input bus and the common bus the secondary winding of the suppressor and the primary winding of the step-down transformer capacitor of the first additional high-frequency channel.

The maters are connected to the second plate of the corresponding coupling capacitor by an average pin, the secondary winding of the step-down transformer is connected between the output and common buses, the first extreme output of the secondary winding of the step-down transformer is connected to the second plate of the first capacitor of the first high-frequency channel, through the first main coil of the inductance to the second plate of the first capacitor the second high-frequency channel and through the second main coil

the first additional high-frequency channel, the second extreme end of the secondary winding of the downstream transformer is connected to the second plates of the first second and third additional high-frequency channels, and through the third main inductor of the fourth additional high-frequency channel, the second plate of the second capacitor the first high-frequency channel through the first additional inductor coil is connected to the first Raina vgoodu primary winding

the ductility is connected to the first extreme of the primary winding

step-down transformer connected to the second plate of the second capacitor of the second high-frequency channel and to the common bus through the output winding of the first inverting transformer, the input winding of which is connected to the common bus by one output

full inductance katupku - with the second lining of the second capacitor of the second additional high-frequency channel, the second extreme high primary winding step-down

capacitor of the first additional high-frequency channel.

71293836a

2, The device according to claim 1, about tl and -suite resistors are made that are current-set.

26

Compiled by L. Bagn. Editor L. Povhan Tehred V.Kadar Proofreader E, Sirohman

396/59

Circulation 902 Subscription VNIIGTI USSR State Committee

for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5

Production and printing company, Uzhgorod, st. Project, 4