P4 (Исследование параметров СВЧ-устройств), страница 9

9 4) меняется незначительно и пыюпочатсль неэффективно воздействует на проходящий СВЧ-сигнал. Следовательно, в правильно сконструированном выключателе для контура должно выполняться условие резонанса. В этом случае входное сопротивление контура, если пренебречь потерями, возникагощими из-за конечной проводгнмости стенок волновода и перегородки, будет бесконечно большим, а общее сопротивление на эквивалентной схеме в месте включения щелевого модуля — чисто активным. Выполнение условия резонанса обеспечивается путем выбора размеров щели Если Рнс 9. 7.

Поперечная перегородлв со щелью где а, (г — размеры поперечного сечения волновода; 1 в длина волны; б' — ширина щелк (рис. 9. 7), то, согласно теории, длина щели („, без полупроводникового эле. мента, при которой наступает резонанс, практически равна —. При 2 выполнении условия (9. 1) параллельное смещение щели к боковым стенкам волновода и перемещение щели в вертикальном направлении не влияет на ее резонансную длину. Таким образом, поперечная перегородка с достаточно узкой полуволновой щелью, прорезанной параллельно шлроким стенкам волновода, не влияет на характеристики волны, расгространяющейся в волноводе. Для компенсации емкости, вносимой полупроводнгковым элементом, необходимо увеличить индуктивность перегорог кп со щелью, I.

т. е. укоротить щель. Укорочение щели относительно — ' для суще- 2 ствующих в настоящее время полупроводниковых элементов соот. ветствуст примерил 25%. На резонансной частоте эквивалентная схема выключа 'т( геля с щелевым модглем упро- щается (рнс. 9. 8). 'Целевому Рнс. 9 3. Эквнвалентнлн схема вм- МОДУЛЮ На ЭТОЙ СХЕМС СООТВСТ- нлючзтелн нв резонансной частоте стВует актиВное сопро"иВление )(г„величина которого неняется под воздействием управляющего напряжения, Если управляющее напряжение отсутствует, то сопротивление )с, имеет наибольшее значение )с,„. Прн подаче на центральный 66 электрод полупроводникового элемента прямого смсщсппя сопротивление тт',уменьшается до и', Выключатель конструируется так, чтобы (9.

2) э ~пы Р 9 1~ы цг или и„„„и.„, и. и'., 267 2йр 2Я7 2й, ' + — + — ', (9. 3) где Р,— мощность, рассеиваемая на сопротивлении Р;, Р„,„, Р„ч„Рм — мощности, переносимые соответственно волной, поступающей на вход выключателя; отраженной волной и волнои, поглощаемой в согласованной нагрузке, полключенной к выхолу выключателя; 0 „д, Умата, У иа, (),— амплитуда напряжения падающей волны, отраженной волны; волны, поглощаемой в согласованной нагрузке на выходе выключателя, и напряжения на сопротивлении Р,.

~де Р, — нормированное эквивалентное сопротивление щелевого модуля; ((у — волновое сопротивление эквивалентной двухпроводной линии. Тогла при отсутствии управляющего напряжения потери мошности СВЧ-сигнала невелики и волна проходит через выключатель, а при полаче управляюше|о напряжения большая часть мощности, переносимой волной, распространяющейся к выключателю, переходит в мощность отраженной волны, часть мощности рассеивается в полупроводниковом элементе и лишь незначительная доля мощности падающей волны проходит на выхол выключателя, Величина тт', зависит от сопротивления я, полупроводникового элемента, размеров волновода и расположения щели в шелевом молуле.

Связь между этими параметрами рассматривается в разделе 5. Определим зависимость вносимого затухания от величины Р; в лвух состояниях выключателя. В соответствии с законом сохранения энергии Р Р а+Ртг+Р Разделив обе части равенства (9. 3) на Рп„, н учитывая, что (' аар — = à — коэффициент отражения и Ь', = У„,а+ Ь„, получим ~пап 1 == Г»+ 1/1. + (1+ Г) ' —, В' йп где по определению 1, = —, ) паа Рм отсюда следует, что (9.

4) 1 1 — à — (1+Г)«в Отраженная волна возникает в сечении волновода, в котором установлен щелевой модуль, т. е. в месте включения сопротивления )гп в эквивалентную линию. В этом сечении параллельно 1«, включено сопротивление %', соответствующее входному сопротивлению отрезка эквивалентной линии, нагруженного на согласованную нагрузку (см. рис.

9. 5). Общее сопротивление в указанном сечении л, )р' й„= =Ф Р,+ Ю' 1+1,' Сопротпвлепшо )т'„соответствует коэффициент огражения ߄— 1)1» 1 й„-'- В' 1+2)(; ' Подставив это значение в (9. 4), получим (1+ 2)г,') ' 4)аа,' а В состоянии «Открыто» 1«;=- 1«,,„)) 1; тогда Е, =-1+, + —, =-1 '- —,.

(9 6) В состоянии «Закрыто» Я,'=)«,',„(( 1; тогда 1 1 1 та= — » + — +1= — ° а (9. 7) 3 ппп а пип а ппп Из полученных выражений следует, что для уменьшения вносимого затухания в состоянии «Открыто» необходимо увеличивать )ааа„„„, а для уменьшения просачивания мощности СВЧ-сигнала на выход в«включателя в состоянии «Закрыто» необходимо уменьшать йапа' Как будет показано нн ке. величина эквивалентного нормированного сопротивления щелевого модуля при использовании р1п-диодов йз конкретного типа зависит как от свойств диодов, так и от размеров поперечного сечения волновода, а также от положения щели на поперечной перегородке. Варьируя размеры волновода и положение щели, можно обеспечить нужное значение эквивалентного сопротивления щелевого модуля. Однако нельзя независимо изменить величины хс, и сс; ~ак как отношение , '" зависит только лишь от свойств полупро'а хли иодникового элемента и не зависит от размеров волновода, расположения щели на поперечной перегородке и т, д.

Перечисленные геометрические параметры влияют только лишь на абсолютные значения взаимосвязанных величин Р,' ,х и хс'; ,. Изменение одной из величин Я; , влечет за собой пропорциональное изменение другой. Если величина Я; увеличивается для уменьшения мощности, рассеиваемой на полупроводниковом элементе в состоянии «Открыто», то при этом возрастает и Я.мм. что приводит к увеличению мощности, просачивающейся на выход выключателя в состоянии «Закрыто», Отношение )хв мхх «хазах (9.

8) 'х» иии ххт1и называется качеством диода. Нетрудно проверить, что 1/Х,— 1 =й или 3/Г = — ()/Хв — $) 4-1. (9 9) РЕ,— 1 Следовательно, если величина д' при конструировании х мах выбрана нз условия обеспечения заданной величины ~., в режиме «Открыто», то в режиме «Закрыто» невозможно получить 1.„больше той, которая получается из (9.

9), В ряде случаев выключатель конструируется так, чтобы мощность, рассеиваемая на щелевом модуле в двух состояниях выключателя, была одинаковой, Если выключатель с одним щелевым модулем не обеспечивает заданных значений Ь„ и Ь„ то используется последовательное включение нескольких щелевых модулей. Кроме того, последовательное включение нескольких модулей используется для увеличения предельной импульсной и средней СВЧ-мощности. 4. Выключатели с несколькими ихелевыми модулями При использовании в выключателе нескольких щелевых модулей появляется возможность увеличения вносимого затухания Л, при сохранении малых значений 1, и увеличении предельнои мощности СВЧ-сигнала.

59 Выключатель, сошоящий из гп послсдоватсльно ьключенных в нолновод шелевых модулей, изображен на рис, 9. 1, б, Эквивалент- ная схема выключателя представлена на рис. 9. 9 Расстояние 1,, между модулями обычно берется кратным — ' или нечетному 2 Х, числу 4 Рис 9 !О Эквивалентная схема волиовалного выключателя на резонансвой частоте ири расстоянии мевтлу "я мелевыми чолулями 2 Рис, 9 9 Эквивалентная схема волнового выключа1сля с нссколькимн щелевымн модулями на резонансной частоте Коэффициент трансформации сопрогивленпй отрезками 'фидер- Х, ных линий, длина которых кратна — ', равен единице Поэтому, 2 Ха сслп расстояние между модулями равно — ', то все сопротивления 2 Я, на эквивалентной схеме включены параллельно и по вносимому затуханшо (.„Ь, схема, изображенная 'иа рис. 9.

9, эквивалентна схеме, изображенной на рис. 9. 10. Величина качества всех параллельно соединенных одинаковых элементов 1/С,— 1 й,= — ' УЬ.— 1 равна, очевидно, качеству й одного элемента. Отсюда следует, что если величину 1.я(й,) выбрать такой же, как и у выключателя с одним гцелевым модулем, то и другая величина й,(Ь,) будет равна соответствующей величине указанного выключателя, Однако при трех же значениях Ь, и Е„которые могут быть обеспечены за счет выбора размеров волновода и положения щели на перегородке (см. раздел 5), выключатель с пт шелевымп модулями имеет в и раз большую рабочую мощность, чем выключатель с одним элементом Действительно, при тех же значениях 1.я и ~з общее нормированное сопротивление т параллельно соединенных сопротивлений должно быть равно сопротивлению )т ,„ выключателя с одним м!и щелевым модулем. Отс1ода следует, что эквивалентное нормнрован- 1!ос шшРогивлснне оДного Щслсвбго вгоДУлп )т' я.,Ь.Й4)~ЦР11ч4мавЕ в с ги модулями ~в ~эв 1Де гт,уе†сУммаРное ноРмиРованное зквнвалентное сопРотивление.