По способу включения p-i-n диодов СВЧ Еыклю>1а'16-ли подразделяются на последовательные н параллельные, выполняемые в виде широкополосных и резонансных узлов. Выключатели последовательного типа имеют меньшие по сравнению с параллельными потери пропускания н обладают потенщтально батьшей шнрокополос-ноСтью, однако конструктивное их выполнение с исполь-зоваит1ем полосковых волноводов значительно сложнее.

Рнс, 9.4. Эквивалентная схема н распределение напряженности электричеаюго полн в идеальном выключателе: о -режим поопускамия: 6-режим згпнрачия.

Г

Рис. 9.5. Эквивалентная схема и распределение напряженности электрического поля в реальном выключателе:

л-режим аропусканоя: б -режим запирания.

в связи С чем основное внимание уделяется в настоящее время выключателям параллельного типа. Ширина полосы выключателя параллельного типа обратно пропорциональна индуктивности ввода диода, и ее можно увеличить, используя миниатюрные диоды в таблеточных корпусах.

В идеальном выключателе в режиме пропускания СВЧ мощности сопротивление диода принимается равным бесконечности, а в режиме запирания - нулю. Распределение напряженности электрического поля в таком выключателе представлено на рис. 9.4.

В реальном выключателе из-за конечных величин со-противленпя диода в обоих режимах картина распределения напряженности электрического поля будет иной (рис. 9.5).

В практических схемах СВЧ устройств сопротивления генератора и нагрузки Za имеют активный характер, поэтому условием оптимальной передачи мощности от генератора в нагрузку является равенство этих сопро-226

тиЁлений т е /i? =2 ГТп / >

диода (рис. 9.5) опр^тиГение^

где 2д<и - сопротивление диода в режиме пропускания.

Выбором /г можно добиться полного согласования сопротивлений Z-a И Z . Проще всего это сделать с помощью согласующего отрезка волновода длшюй Л/4, характеристическое сопротивление которого Z определяется по формуле

ZVZ. (9.1)

Прн соблюдении условия 2д^2н тракт передачи с диодом полностью согласован. Остаются только потери в волноводе, материале диода, на излучение и рассетива-ние.

Если же на диод подать прямое напряжение, соответствующее полному его отпиранию, то сопротивление диода становится близким к нулю. Наибольшему от- Х 1 ражению соответствует ус- \ V-d

ловие Т-

7* -- у^лд ,. 7

где Zr-приведенное сопротивление в сечении генератора; 2до - сопротивление диода в режиме запирания; Zk3 - сопротивление короткого замыкания. Последнее выполняется при выборе A=V2 (рис. 9.5).

Многодиодные выключатели. Многодиодные выключатели применяют в случае, когда характеристики одно-днодного выключатели не могут удовлетворить требованиям, предъявляемым к ним. Эквивалентная схема двух-диодного выключателя и распределение поля в нем приведены на рнс. 9.6. Для такого выключателя критичен выбор расстояния между диодами Отрезки 1у и h из условия согласования 2, и Z с диодами выбираются 15* . 227

Рис 9.6. Эквивалентная схема и распределение напряженности электрического поля в Двухдиодном вьишючателе- аГиГапиТ в-гвжи

аналогично с илноДиодным выключателем. Расстояние между Д1101ам11 целесообразно брать равным Л/4, т. е. устанавл1Н1;и|, второй диод в пучность электрического поля. В этом случае при работе выключателя в режиме отражения прошедшая через первый диод мощность отразится от- второго диода и потери запирания значительно увеличатся. Такой выбор расстояния между диодами позволяет также уменьшить влияние частоты на параметры выключателя. В случае компенсации реак-

Рис. 9.7. Эквивалентная схема W-днодного выключателя.

тивности каждого диода получим выключатель с большой изоляцией и малыми потерями пропускания; -диодный выключатель изображен на рис. 9.7.

Выбором характеристических сопротивлений Zi, z2, ..., Zi отрезков волновода между диодами можно добиться согласования во всем тракте передачи. Эти сопротивления определяются но формуле

(9.2)

где Z - характеристическое сопротивление полоскового волновода; 7доо1--сопротивление 1-го диода в режиме пропускания, !=1, 2, 3, .... п\ п -число диодов в выключателе.

Компенсация реактивности диода. Согласование в тракте не может полностью исключить потерь мощности при работе выключателя в режиме пропускания, так как онн обусловлены еще и параметрами самого диода. Диод наряду с активным сопротивлением имеет еще и емкость, которая включена парал.чельно этому сопротивлению. При работе выключателя в режиме пропускания эта емкость шунтирует сопротивление диода и потерн мощности возрастают. 228

Компенсацию емкости диода можно осущссгингь различными способамп;

1. Последовательным включением индуктивности (рис. 9.8), где Zr -сопротивление гс-

Рнс. 9.8. Компенсация реактивно- Рис. 9.9. Комнеисация реактив-стн диода последовательным иостн диода последовательным включением индуктивности. шлейфом.

нератора; С„~емкость диода; -вносимая последовательная индуктивность; /?ц - сопротивление диода; Zu - сопротивление нагрузки.

Короткий отрезок волновода с высоким характеристическим сопротивлением является последовательной индуктивностью. Эта индуктивность вместе с емкостью диода образует Т-фильтр, коэффициент передачи ко- * торого в полосе частот, бли- \ зких к резонансной, зависит от величины /?д.

2. С помощью последовательного шлейфа (рис. 9.9), где 1ш - п.ш-на компенсирующего шлейфа; Кд=Сд-)-]Вд~ проводимость диода; - сопротивление диода; Zp - характеристическое сопротивление согласующего отрезка волновода.

Реактивная составляющая проводимости диода Вд компенсируется входным сопротивлением отрезка волновода длиной /ш. Эта длина находится из равенства

/m=arcctg(B /y)/a, (9.3)

где a=2jt/W, У=1/2; Лпв - длина волиы в полосковом волноводе.

Рнс. 9.10. Компенсация реактивности диода параллельным шлейфом.

З.С помощью параллельного шлейфа (рис. 9.10), гле Ltt - компенсирующая индуктивность параллельного шлейфа. *

Короткозамкнутое ответвление волновода (короче V4) действует как параллельная индуктивность. Длина параллельного шлейфа при условии a)Z, = 1/(й)Сд) (Сд- емкость Шоча) на.ходигся из равенства

/ш = arctg {X,JZ)la, (9.4)

где Хд определяется из выражения 2д=Лд-1-]А'д.

4. Индуктивными штырями, которые испаль-зуются для настройки макетов и образцов выключателя. В качестве таких штырей можно использовать крепежные винты конструкции. Однако, кроме емкости диода, существует еще реактивность, возникающая из-за неоднородности волновода в точках включения диода в волновод, поэтому полную компенсацию реактивной составляющей возможно осуществить только в том случае, если будут известны параметры диода с учетом этой реактивности.

§ 9.2. Расчет электрических параметров выключателя СВЧ мощности

Анализ работы выключателя показывает, что он имеет два установившихся режима: пропускание и отражение энергии. Исходя из этого, при расчете нужно найти

его потери пропускания и изоляцию. Расчет можно вести методами теории четырехполюсников и длинных линий, а также рассматривая выключатель как неоднородность в полосковом . волноводе.

Наиболее просто электрические характеристики выключателя можно рассчитать, использовав математический аппарат теории линейных четырехполюсников. Эквивалентную схему однодиодного выключателя СВЧ мощности (рис. 9.4) можно представить в виде центрального четырехполюсника и двух двухполюсников (рис. 9.И). Рассмотрим случай, когда генератор и на-230

Рис. 9.II. К расчету электрических параметров однодиодного выключателя СВЧ мощности (2,- сопротивление генератора, - сопротивление диода, Zb - сопротивление нагрузки).

грузка согласованы с соединяющим их полоск(нн.1М волноводом: Zr=Zi, = Z, где Z - характеристическое сопротивление полоскового волновода.

Коэффициенты матрицы передачи центрального четырехполюсника имеют значения

o=rf=l; с=1/гд; 6=0 (9.5)

и общая формула ,лля рабочего коэффициента передачи четырехполюсника может быть представлена в виде (дБ)

Л = 10 Ig [4 [a\/ZjTr + bt\z;z:+

+cVz,z,+dyzjT,]y.

(9.6)

С учетом значений коэффициентов матрицы передачи (9.5) выражение (9.6) приводится к виду

>l=l01g[4-(2+Z/Z )

или окончательно.

A=mgl\ + \Y*\l2f. (9.7)

При компенсации реактивной составляющей, диола выражение (9.7) примет вид

Л = I01g[l + 1/(2Лд)Р= 10lg(I + G /2)2. (9.8)

Подставив в выражение (9.7) (или при компенсации реактивной составляющей диода в выражение (9.8) параметры диода в режимах пропускания и запирания, получим соответственно потери пропускания Ап и изоляцию Лз одноднодпого выключателя СВЧ мощности Для -диодного выключателя эти параметры можно определять из выражений

(9.9)

л„ =2 ш-;

(9.10)

где 1=1, 2, 3.....п. - число диодов в выключателе;

Ani - потери пропускания, обусловленные i-м диодом (дБ); Asi - изоляция, обусловленная г-м диодом (дБ).