Каток В Б, Манько А А Гесударственний університет інформаційно-комунікаційних технологій НІЦЛКС, вул Соломянська, 7а, м Київ, 03110, Україна тел 248-8592, e-mail: manko_alex@ukrpostnet

Анотація – Проведена оптимізація розміщення активних елементів обмежувача потужності мм діапазону дозволяє забезпечити робочу смугу частот, збігається робочою смугою хвилеводу перетину 7,2 x3, 4 мм

I                                       Введення

Визначальним фактором при виборі схеми побудови захисного пристрою (ЗУ) на основі обмежувача потужності є робочий діапазон частот, який в нашому випадку становить діапазон прямокутного хвилеводу перетину 7,2 x3, 4 мм Очевидно, що необхідна ширина робочої смуги частот ЗУ може бути забезпечена за рахунок його реалізації на основі регулярної лінії передачі без використання узгоджувальних резонансних елементів

Більшість схем побудови використовують принцип самоврядних обмежувачів НВЧ потужності, коли енергія продетектированного сигналу використовується для живлення керуючих pin-діодів У цьому випадку ЗУ завжди знаходиться в стані робочого режиму, навіть, якщо апаратура відключена від джерела живлення Втрати в цих схемах в режимі слабкого сигналу визначаються як втратами в активних елементах, так і відображенням сигналу від входу ЗУ за рахунок неоднорідностей в лінії передачі в місцях розміщення діодів І це має місце навіть за відсутності втрат в діодах, тобто при відсутності струму зміщення в режимі малого сигналу [1] При цьому, наявність ряду активних елементів визначає складну інтерференційну картину відбитого сигналу і супутню їй частотну характеристику внесених втрат з численними локальними мінімумами і максимумами, часто перевищують допустимий рівень Таким чином, поряд з необхідністю зниження рівня втрат в режимі малого сигналу існує проблема зменшення нерівномірності передавальної характеристики з метою усунення перевищення допустимих рівнів загасання

II                               Основна частина

Враховуючи той факт, що провідність pin-діодів на малосигнальний режимі ЗУ має яскраво виражений ємнісний характер, в роботі були проведені розрахунки втрат за рахунок відображення на ділянці лінії з хвильовим опором р містить ємність С

На рис1 приведена характеристика втрат, за рахунок відображення на ділянці лінії, залежно від величини рС З малюнка випливає, що для забезпечення втрат порядку 1дБ необхідне виконання умови рС < 5 Ом пФ. Ємності pin-діодів, які використовуються в мм діапазоні, мають звичайно величину 0.05 - 0.1 пФ [2] і не можуть бути зменшені як з технологічних причин, так і з причин теплового режиму. Це визначає величину НВЧ потужності, яка комутується. Звідси випливає, що для створення ЗУ з малим загасанням в режимі слабкого сигналу необхідно використовувати лінію з хвильовим опором не більше 50 - 100 Ом.

Рис 1 Внесені втрати в лінії за рахунок включення ємності

Fig 1 Insertion iosses in iine due to inciusion of capacity

Очевидно, що звичайний прямокутний хвилевід мало підходить для цієї мети, оскільки його хвильовий опір має більш високе значення Крім того, поле електромагнітної хвилі в ньому розподілено практично по всьому перетину, в той час як активні елементи, які розміщені в прямокутному хвилеводі, можна розглядати як точкові елементи із зосередженими параметрами Рівень взаємодії активних елементів з електромагнітною хвилею в такому випадку досить низький

У звязку з цим найбільш прийнятним для реалізації ЗУ з точки зору забезпечення низького хвильового опору та локальної концентрації поля електромагнітної хвилі можна вважати Н-хвилевід, гребінь якого забезпечує, до того ж, необхідний тепловідвід

Елементами, керуючими загасанням ЗУ, є pin-діоди Керуючий вузол ЗУ, розглянутий у роботі, являє собою 4 pin-діода, встановлених в регулярній лінії на відстані / один від одного Еквівалентна схема керуючого вузла наведена на рис2

Рис 2 Еквівалентна схема керуючого вузла

Fig 2 The equivalent circuit of the control unit

У разі однакових відстаней між діодами теорія матриць дозволяє одержати співвідношення для коефіцієнта передачі п-каскадного керуючого блоку [3] Необхідно зауважити, що втрати в режимі малого сигналу керуючого вузла завжди відповідають режиму pin-діодів, коли активна провідність діода порівняно невелика, а основний вкпад вносить реактивна провідність ємнісного характеру Компенсацію ємності діодів, при цьому, досягають підбором відстані між ними У розрахунках відстань між діодами враховувалося у вигляді електричної довжини відрізка лінії між ними на середній частоті діапазону (32 ГГц):

На рісЗ наведена залежність початкових втрат для керуючого вузла ЗУ від частоти в припущенні, що для pin-діодів виконується умова Rs = 0, С, = 005 пФ, Я, = 20 кОм для лінії з хвильовим опором р = 70 Ом

Рис 3 Передавальні характеристики обмежувача в режимі малого сигналу

Fig 3 Transmission characteristics of limiter in a small signal mode

Як видно з графіків, параметр 0 визначає величину не тільки початкових втрат, але і їх зміна в діапазоні частот

З наведених результатів випливає, що для забезпечення рівномірних характеристик і невеликих значень початкового загасання в робочому діапазоні частот, відстані між діодами керуючого вузла повинні бути обрані у відповідності з виразом I = Азг / б У нашому випадку ця величина знаходиться в межах 0,8 – 1 мм

III                                   Висновок

Таким чином, для побудови ЗУ доцільно використовувати регулярну лінію на Н-хвилеводі Рівномірність втрат в режимі малого сигналу в цьому випадку і їх величина забезпечуються за рахунок вибору відстані між pin-діодами і параметрами діодів в режимі малого сигналу

IV                            Список літератури

[1] Вайсблат А В Комутаційні пристрої НВЧ на напівпровідникових діодах – М: Радіо і звязок, 1987 – 120 с

[2] Гусятінер М С, Горбачов А І Напівпровідникові надвисоких-частотні діоди – М: Радіо і звязок, 1983-224 с

[3] Дзехцер Г Б, Орлов О С PIN-діоди в широкосмугових пристроях НВЧ – М: Сов радіо, 1970 – 199 с

OPTIMIZATION OF THE ММ WAVE RANGE POWER LIMITER DESIGN

V                            B Katok, A A Manko State University of Communication Technology SE CLC, 7a, Solomenskaya Str, Kiev, 03110, Ukraine Ph: 248-8592, e-mail: Katok@ukrpacknet

Abstract – The results of optimization of active elements location of the mm-wave power limiter are considered

I                                         Introduction

The important factor at a choice of the circuit of protection device design on the basis of the power limiter is a working range of frequencies

Losses in these circuits in a mode of a small signal are determined both losses in active elements, and reflection of a signal from them And it takes place even at absence of losses in diodes [1] Thus, with necessity of reduction of a losses level for a small signal mode, there is a problem of reduction of nonuniformity of the transfer characteristic with the purpose of excess elimination of allowable levels of attenuation

II                                        Main Part

Taking into account the fact that conductivity p-i-n-diodes in a small signal mode has strongly pronounced capacitor character, in work calculation of losses have been carried out due to reflection on a site of a line with impedance p containing capacity C

On Fig1 the characteristics of losses are resulted, due to reflection on a site of a line, depending on value of pC It follows from the figure, that for maintenance of losses about 1 dB performance by condition pC < 5 Om pF is necessary Capacities p-i-n-diodes, which are used in mm-wave range, have usually value 005 – 01 pF [2], and cannot be reduced It follows that for creation of the limiter with small attenuation in a small signal mode it is necessary to use a line with wave resistance no more than 50- 100 Ohm

In this connection the most comprehensible for realization of the limiter from the point of view of maintenance of low impedance is the H-wave guide

The elements managing attenuation of the limiter are p-i-n- diodes The equivalent circuit of the control unit is resulted on Fig 2

In case of identical distances between diodes the theory of matrixes allows receiving a ratio for factor of transfer of the n- cascade managing block [3] In calculations the distance between diodes was taken into account as electric length of a piece of a line between them on average frequency of a range (32 GHz):

Dependence of initial losses for the control unit of the limiter from frequency is resulted on Fig 3

From the curves follows, that for maintenance of uniform characteristics and small values of initial attenuation in a working range of frequencies, distances between diodes of the control unit should be chosen according to expression I = Лзг / 8 In our case this size is within the limits of 08 -1 mm

III                                       Conclusion

Thus, for design of the power limiter it is expedient to use a regular line on an H-wave guide Uniformity of losses in a mode of a small signal in this case and their values are provided due to a choice of distance between p-i-n-diodes and parameters of diodes in a small signal mode

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р