Специальные входные устройства свч

К ним относятся: разрядники и полупроводниковые (диодные) ограничители СВЧ мощности, СВЧ мосты и ответвители мощности, ферритовые циркуляторы.

1. Разрядники и полупроводниковые ограничители СВЧ мощности относятся к устройствам защиты входных каскадов РПрУ от перегрузки и повреждения в случае появления мощных помех.

Принцип действия основан на внесении затухания на входе приемника при превышении входной СВЧ мощности некоторого порогового уровня – мощности зажигания.

Характеристики определяются с помощью параметров низкого уровня мощности (полоса частот, затухание, КСВ и т.д.) и высокого уровня мощности (максимальная мощность, мощность зажигания, быстродействие и временные параметры).

Разрядники – это газоразрядные ламповые приборы, требующие дополнительного источника высокого напряжения (600-800 В).

Диодные ограничители не требуют дополнительных источников питания, но обладают небольшим допустимым уровнем максимальной мощности (1-2 кВт).

Рис.4.41

Эквивалентные схемы диода при низком и высоком уровне мощности показаны на рис.4.41. Схема подключения приведена на рис.4.42.

Рис.4.42

Между линией передачи ЛП и сечением 1-2 включен трансформирующий отрезок длиной λ/4 с волновым сопротивлением W₁ . Отрезок короткозамкнутой линии l₂ c волновым сопротивлением W₂ необходим для образования в режиме низкого уровня мощности последовательного колебательного контура вместе с реактивными элементами диода:

=0.

В результате получающееся небольшое сопротивление в сечении 1-1 трансформируется в большое входное сопротивление в месте подключения к линии передачи:

.

Шунтирования входного сигнала в этом случае не происходит.

При высоком уровне мощности из эквивалентной схемы диода исчезает емкость p-n перехода С_пер. Короткозамкнутый отрезок линии l₃ с волновым сопротивлением W₃ совместно с отрезком l₂ и индуктивностью диода образует параллельный колебательный контур:

.

В результате получающееся большое сопротивление в сечении 1-1 трансформируется в минимальное входное сопротивление в месте подключения к линии передачи:

,

что означает внесение большого затухания в месте подключения линии передачи.

2. СВЧ мосты

Рис.4.43

СВЧ мост представляет собой восьмиполюсник, в котором выполняются следующие соотношения:

Т.е. плечо 2 получается изолированным. Развязка сечений 1 и 2 рассчитывается так:

Сечения 3 и 4 также развязаны относительно друг друга.

Номинальный сдвиг фаз в выходных плечах моста (3 и 4) зависит от типа моста и равен 90 градусов в квадратурных мостах и 0 или 180 градусов в синфазно-противофазных мостах.

Мосты бывают квадратные (шлейфные) и кольцевые. Квадратный двухшлейфный мост представлен на рис.4.44.

Рис.4.44

Квадратный мост является квадратурным, т.к. четвертьволновой отрезок линии изменяет фазу на 90 градусов. Мощность, поданная в сечение 1, не поступает в сечение 2 из-за противофазности возникающих в нем колебаний. Мост является полностью симметричным, его свойства одинаковы со стороны любого плеча.

Кольцевой мост изображен на рис.4.45.

Рис.4.45

При подаче сигнала в сечение 1 мощность распределяется поровну между сечениями 3 и 4, а развязанным будет сечение 2.

3. Ферритовый циркулятор.

Рис.4.46

Отрезки микрополосковых линий 1, 2, 3 располагаются под углом 120 градусов на подложке из феррита 4 и соединяются круглым пленочным диском, под которым со стороны заземленной пластины 5 установлен постоянный магнит в форме цилиндра 6.

При наличии магнитного поля H происходит взаимодействие магнитного поля СВЧ сигнала с полем намагниченного феррита. Распределение поля сигнала в области диска изменяется и становится таким, что на границе диска и одного из плеч напряженность поля сигнала становится ничтожно малой. В результате мощность сигнала, подведенная к плечу 1, вся выходит из плеча 2, незначительно ответвляясь в плечо 3, которое таким образом является изолированным. Мощность, поданная в плечо 2, выйдет из плеча 3, а плечо 1 будет изолированным. Направление циркуляции энергии обозначают стрелками. Последовательность прохождения сигнала для рис.4.46 соответствует 1-2-3-1. При изменении направления постоянного магнитного поля на противоположное последовательность прохождения сигнала также меняется на противоположное: 1-3-2-1.

Диаметр металлического диска рассчитывают по формуле

,

где = относительная диэлектрическая проницаемость феррита;

- длина волны.