Диодные СВЧ-ограничители

Одним из недостатков диодных выключателей является отсутствие в них защиты от несинхронных сигналов. Этого дефекта лишены диодные ограничители, которые не требуют внешних управляющих напряжений и срабатывают от поступающей на ннх мощности СВЧ колебаний. Ограничительные диоды занимают промежуточное положение между р-п и p-i-n структурами, нх импеданс, начиная с уровня примерно 1 мВт, называемого порогом ограничения, быстро уменьшается с увеличением мощности и при Р < 10 Вт представляет собой сопротивление порядка 1 Ом [83]. Такой ограничительный диод встраивается в отрезок волновода непосредственно или через вол-новодно-коаксиальный отрезок и образует резонансный волноводный ограничитель. Иногда применяют разрядники-ограничители, которые представ-лиют собой синтез РЗП н ограничительного диода. Сначала включается предварительный разрядник с конусами, но без электрода; поджига. Затем следует ограничитель, улучшающий основные параметры РЗП. Такая комбинация позволяет уменьшить и повысить долговечность разрядника.

Пример реализации такой схемы показан иа рис. 14.7. Циркулитор Ц1 осуществляет связь антенны с передатчиком и приемником, циркулятор Ц2 обеспечивает передачу энергии в МШУ регенеративного типа (УТД или ППУ) и отраженного сигнала в нагрузку Н, например, смеситель супергетеродинного приемника. После разрядника РЗП включается резонансный ограничитель VD на диоде типа 1А501И, который дает дополнительное ослабление падающей мощности еще примерно на 20 дБ. Совместное действие РЗП и ограничителя предохраняют туннельные нли параметрические дноды от выгорания за счет просачивающейся мощности передатчика, которая может достигать сотен мВт.

Такие схемы защитных устройств называют пассивными, поскольку в ннх резкое увеличение проводимости диода и отражение падающей мощности к источнику происходит

только за счет автоматического смещения рабочей точки прн выпрямлении СВЧ-колебаний. В активных защитных устройствах p-i-n диодные ослабители работают в ключевом режиме за счет использования импульсов тока, вырабатываемых специальной схемой управления. Простейшая такая схема состоит из видеодетектора СВЧ VD1, который детектирует сигнал Pj, создавая прн этом ток, переводящий p-i-n диодный ключ VD2 в состояние высокого запирания (рис. 14.8, а). Для повышения эффективности и быстродействия схему можно дополнить видеоусилителем ВУ, триггером тр и токовым ключом

К передатчику

СниСь

Рис. и.7. Электрическая схема высокочастотной части локациоииого приемника с РЗП и пассивным защитным устройством на диоде 1А501И

vat-

Рис. 14.8. Схемы активных заи4иты1ых устройств без усилителей в цеян уиравлеыия (а) и с усилителем и токовым формирователем в цепи управления (б)

ТК (рис. 14.8, б}, вырабатывакицим импульс обратного напряжения, поступающий от источинтса формирующего напряжения fUS}-

14.3. Особенности проектирования отде1№ных каскадов локационных приемников

Линии передачи, входные устрюйства и УСЧ

Все основные схемы тракта СВЧ в радиолокационных приемниках строятся иа элементах линий передачи. Таковы устройства защиты входа приемника, рассмотренные выше, входные цепи, ЛППУ и смесители. До недавнего времени в этих устройствах использовались отрезки коаксиальных и волноводных линий. Затем большинство микроэлектронных устройств СВЧ строилось иа основе микрополосковых линий передачи (МПЛ). Наряду с МПЛ находят широкое применение щелевые (ЩЛ) и копланарные (КЛ) линии передачи, а также линии передачи на магнитостатических волнах (МСВ) f!2f.

Микрополосковые линии передачи (рис. 14.9, а) выполняются иа керамя-чесиих подложках методами фотолитографии и широко применяются на СВЧ вплоть до миллиметрового диапазона. Их достоинствами являются простота, малые размеры поперечного сечения, технологичность, легкость включения твердотелых элементов, низкая себестоимость. Основными их недостатками являются высокие потери на верхних частотах, наличие излучения на неодиородностях и малый интервал достижимых характеристических сопротивлений (от 30 до 90 Ом)..

Щелевые линии (рис. 14.9, 0 в значительной мере лишены этих недостатков, но и в них имеет место излучение, ограничивающее их использование. Для уменьшения излучения ЩЛ часто помещают в экран - закрытые щелевые линии. На частотах свыше 10...20 ГГц закрытые ЩЛ успешно конкурируют с МПЛ.

Копланарные линии передачи (рис. 14.9, в) являются линиями квазп-открытого типа и обладают меньшими потерями на излучение, чем МПЛ

Рис. пл. Линии передачи для интегральных схем СВЧ: а - микрополосковые, б - щелевые в - копланарные. г - иа магнитостатических волнах} / в= МПЛ; 2 подложка МПЛ, 3, fi - иихромовые пленки; 4 - пленки ЖИГ; 5 - подложка из ГГГ железоиттрневый гранат, галлогадолинневый гранат

я ЩЛ. КЛ допускают простое последовательное н параллельное включение активных влеиентов в линию.

JIumiu передачи на магнитжтатаческих волнах основаин на расл]рост-раиении медленных дисперсионных спиновых волн СВЧ днаиазояа s ферромагнитных материалах с низкими потерями, например, железо иттри-еввм грлнате (ЖИГ) на подложке из галлийгадолиниевого граната (ГТГ) - рис. 14.9, г. Достоинством линий на МСВ является возможность обработки няфор-мадии, непосредственно на несущих частотах (примерно 1...20ГГн), без преобразования их в диапазон промежуточных частот порядка десятков или сотен МГц. При этом нсключаютси искажения, вносимые смесителем, и ускоряется процесс принятия решения операторов или автоматическим устройством, поскольку обработка информации ведется в реальном масштабе времени.

1]Входные устройства радиолокационных приемннков)отличаются от аналогичных устройств других приемников в диапазоне СВЧ, рассмотренных в п. 3.4,2 налнчием устройств защиты входа приемника от перегрузки при излучении зондирующего импульса передатчика. Они состоят из одного контура или фильтра СВЧ и включаются между АП и MHIYJ Иногда входное устройство конструктивно объединяется с АП и является его частью. В приемниках без МШУ входное устройство и смеситель составляют в конструктивном отношении единый высокочастотный блок.

В диапазоне метровых волн (на частотах до 200 МГц) применяются входные устройства с сосредоточенными параметрами. В дециметровом диапазоне используются уже не обычные индуктивности, а отрезки двухпроводных или коаксиальных линий. В сантиметровом и миллиметровом диапазонах в качестве резонансных контуров используются объемные резонаторы, отрезки волноводных микрополосковых или других линий передачи, рассмотренных выше.

Поскольку входное устройство. проектируется с учетом необходимости защиты входа приемника от просачивающейся через АП мощности своего передатчика, в него включаются разрядники и ограничительные диоды. ,

УЗП, вкльюадемое между ФАП и МШУ, выбирается ио табл. 14.1, Если на выходе УЗП просачивающаяся энергия пика и имнульсяая мощность ире-вышают допустимые значения для параметрического нли смесительного диода, следует применить дополнительный ограничительный диод, выбираемый гао табл. 14.2, либо совмещенный разрядник-ограничитель, выбираемый но табл. 4.8 в {83].

Требуемая для защиты приемника изоляция от передатчика должна составлять не менее 60...80 дБ, а суммарная энергия, просачивающаяся через защитное устройство, не должна превышать 10 Дж.

В микрополосковом исполнении защита приемника выполняется в виде перестраяваемого СВЧ фильтра на диоде. Такой ограничитель может быть построен как с внешним управлением, так и без него.

Некоторые схемы устройсз-в защиты входа приемника на волноводных и микрополосковых линиях были рассмотрены выше.

На рис. 14.10 показана топология входного уц7ро&сгв& с ограничителем мощности, построенным на ЩЛ [37]. Диоды VD1, VD3, VDS - ограничительные типа р-1-п (2А522). Диоды VD2 и VD4 - смесительные, типа ДБШ