РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

(19) RU (11) 158 944 (13) U1 (51) МПК H01P 1/18 (2006.01)

(54) СВЧ p-i-n ДИОДНЫЙ 4-Х РАЗРЯДНЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ

Заявляемая полезная модель относится к антенно-фидерным устройствам и приборам техники СВЧ и может найти применение в ФАР РЛС и в радиотехнических схемах СВЧ диапазона.

Известны СВЧ p-i-n диодные фазовращатели (ФВ), в которых осуществляется дискретное управление фазой СВЧ сигнала. Такие приборы перспективны при создании быстродействующих приемо-передающих ФАР РЛС и измерительной техники СВЧ диапазона, см., например,:

1. Кузнецов В.И., Савин A.M. Патент №1822612. Дискретный фазовращатель

2. Чижов А.И, Орлов О.С. Авторское свидетельство №1515222. Микрополосковый фазовращатель.

3. Кузнецов В.И. Патент №2030820, (авторское свидетельство СССР №1443711) Дискретный фазовращатель.

4. Соловьев И.Е., Карлин Э.В. Патент №2247447. Диодный фазовращатель.

5. Хижа Г.С., Вендик И.Б., Серебрякова Е.А. СВЧ фазовращатели и переключатели: Особенности создания на p-i-n диодах в интегральном исполнении. - М.: Радио и связь, 1984.

Известен СВЧ p-i-n диодный ФВ, описанный в книге: СВЧ фазовращатели и переключатели: особенности создания на p-i-n диодах в интегральном исполнении. - М.: Радио и связь, 1984, стр. 158-167, авторы Хижа Г.С., Вендик И.Б., Серебрякова Е.А.

Прибор, описанный в указанной книге, наиболее близок к предлагаемой полезной модели и выбран в качестве прототипа. Прибор - прототип имеет в своем составе бескорпусные p-i-n диоды, герметичный керамический (22ХС) корпус, и микрополосковую плату с металлизированными отверстиями, изготовленную из керамической (поликор ЩеО.781.000 ТУ) пластины, на поверхности которой методами тонкопленочной технологии воспроизводится топология, включающая следующие элементы конструкции: 3-хдецебельные квадратурные направленные ответвители (НО) встречно-штыревого типа - мосты Ланге, фазосдвигающие отрезки линий, фазокорректирующие шлейфы и ФНЧ по цепям управления. Монтаж элементов осуществляется с помощью нескольких типов микросварки (термокомпрессионной и ультразвуковой).

Каждый разряд прибора-прототипа, выполненного по бинарному принципу, организован по одной схеме и работает следующим образом: На вход подается сигнал a1, выход нагружен на согласованную нагрузку, между входом и выходом на микрополосковой линии реализованы мосты Ланге, в развязанные плечи которых включены одноступенчатые отражательные фазовращатели (ООФ), основным элементом которых является бескорпусной p-i-n диод. Двум состояниям p-i-n диода будут соответствовать два значения фазы коэффициента отражения Г_1,2 ООФ и соответственно два значения коэффициента передачи (прохождения) одного разряда ФВ, т.е.

b2_1,2=Г_1,2·a1,

где b2 выходной сигнал одного разряда ФВ.

Разность фаз сигналов b2₁ и b2₂ является фазовым сдвигом одного проходного разряда ФВ.

Постоянно действующим требованием к СВЧ фазовращателям является уменьшение:

- вносимых потерь α≤1,0 дБ;

- отклонения фазовых сдвигов от номиналов (фазовых ошибок) δφ≤8°.

Прибор - прототип на сегодняшний день не обеспечивает перечисленные требования к фазовращателям ФАР.

Целью заявленной полезной модели является значительное (в 2 и более раз) уменьшение средних по фазовым состояниям вносимых потерь и фазовых ошибок pin-диодного ФВ.

Указанный положительный эффект полезной модели достигается за счет того, что в качестве волноведущей линии передачи СВЧ мощности использована симметричная микрополосковая линия на четырехслойной печатной плате на основе фольгированного высокодобротного в СВЧ диапазоне материала, причем НО выполнены за счет электромагнитной связи входного и выходного полосков, симметрично расположенных по обе стороны центрального диэлектрического разделителя печатной платы с толщиной диэлектрического разделителя не более 10% от толщины нижнего или верхнего диэлектрических разделителей, одинаковых по толщине и фольгтрованных только с внешних сторон.

На фиг. 1 изображен направленный ответвитель на симметричной полосковой линии, состоящей из четырехслойной печатной платы на основе фольгированного высокодобротного в СВЧ диапазоне пластичного материала.

На фиг. 2 изображена электрическая схема одного бинарного разряда СВЧ p-i-n диодного ФВ.

Направленный ответвитель состоит из 4-х слоев в виде фольгированного металла (1, 2, 3, 4 фиг. 1), нанесенного на диэлектрические подложки, выполняющие разделительные функции в многослойной печатной плате. Слои 1,4 сплошные и выполняют функции заземляющего экрана симметричной полосковой линии. Слои 2, 3 - это внутренние «дорожки» полосковой линии, выполненные в топологии принятой для направленных ответвителей с лицевыми связями. В качестве фольгированного высокодобротного в СВЧ диапазоне материала выбран материал марки RO 3010. Авторами было обнаружено, что для таких НО минимальные потери с одновременным снижением фазовых ошибок достигается при t2/t1=0,1, где t2 толщина центрального диэлектрического разделителя слоев и t1 толщины нижнего или верхнего диэлектрических разделителей слоев (см. фиг. 1). Предлагаемый 4-х разрядный фазовращатель состоит из четырех разрядов, образующих последовательную схему 22.5°; 45°; 90° и 180° разрядов, представляющих собой бинарный разряд СВЧ p-i-n диодного ФВ (фиг. 2), или одноступенчатый отражательный фазовращатель (ООФ). В соответствии с фиг. 2 ООФ содержит 3 дБ; 90° НО на лицевых связях 1, корпусные диодные сборки с общим катодом 2, 3, фазосдвигающие 4, 5 и фазокорректирующие 6, 7 отрезки линий и фильтры нижних частот 8, 9.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. СВЧ сигнал a1, поступает на вход 4-хразрядного ФВ, содержащего соответственно 4 ООФ, включенных в последовательном порядке. При указанной последовательности выходной сигнал будет определяться произведением коэффициентов отражения , (i=1, 2, 3, 4):

,

количество фазовых состояний при всех комбинациях коэффициентов отражения - 16.

Новым в предлагаемом приборе являются:

выполнение симметричной полосковой линии на четырехслойной печатной плате на основе фольгированного высокодобротного в СВЧ диапазоне материала, что позволяет реализовать 3 дБ направленные ответвители в виде полосков, симметрично расположенных по обе стороны центрального диэлектрического разделителя печатной платы с толщиной диэлектрического разделителя не более 10% от толщины нижнего или верхнего диэлектрических разделителей, одинаковых по толщине и фольгированных только с внешних сторон (слои 1 и 4).

Техническая реализуемость полезной модели была подтверждена фактом изготовления опытных образцов прибора. Основные электрические параметры образцов прибора в сравнении с параметрами прибора-прототипа следующие:

Формула полезной модели

СВЧ p-i-n диодный 4-разрядный фазовращатель среднего уровня мощности, содержащий симметричную полосковую линию на основе СВЧ печатной платы, p-i-n диоды, 3дБ направленные ответвители, фазосдвигающие отрезки линий, фазокорректирующие шлейфы и ФНЧ по цепям управления, отличающийся тем, что симметричная полосковая линия выполнена на четырехслойной печатной плате на основе фольгированного высокодобротного в СВЧ диапазоне материала, причем 3дБ направленные ответвители выполнены за счет электромагнитной связи полосков, симметрично расположенных по обе стороны центрального диэлектрического разделителя печатной платы с толщиной центрального диэлектрического разделителя не более 10% от толщины нижнего или верхнего диэлектрических разделителей, одинаковых по толщине и фольгированных только с внешних сторон.

ФАКСИМИЛЬНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Описание:
Рисунки: