СВЧ ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО Ku-ДИАПАЗОНА

Ku-BAND ACTIVE LIMITIER

Vitaliy Savchenkov

student, Department of Radioelectronics and Communication Systems, Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics,

Russia, Tomsk

Andrey Kokolov

scientific supervisor, candidate of technical sciences, Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics,

Russia, Tomsk

АННОТАЦИЯ

В данной работе представлены результаты разработки полупроводникового защитного устройства Ku-диапазона. Вносимые потери не превышают 0,69 дБ. Обратные потери превышают 24 дБ. Мощность просачивания не более 13,3 дБм.

ABSTRACT

This paper presents the results of the development of a Ku-band semiconductor protection device. The insertion loss does not exceed 0.69 dB. The return loss exceeds 24 dB. Leakage power does not exceed 13.3 dBm.

Ключевые слова: ограничитель мощности, защитное устройство, Ku-диапазон, мощность просачивания, диод.

Keywords: power limiter, protection device, Ku-band, leaking power, diode.

Во входных каскадах приёмных устройств часто используются малошумящие усилители, которые чувствительны к входной СВЧ мощности. При прохождении чрезмерно большой мощности, устройство может перегореть и целиком выйти из строя. Для предотвращения этого используют ограничители мощности [1].

Существует различные способы построения ограничителей мощности, такие как каскадное соединение pin-диодов с управляющим питанием и последовательное соединение транзисторов [4].

В первом варианте управляющее питание обусловлено тем, что ограничительная характеристика pin-диода напрямую зависит от напряжения «включения». При подачи небольшого положительного смещения ёмкость диода увеличивается незначительно, обеспечивая более низкую амплитуду СВЧ сигнала, что приводит к уменьшению входной мощности, при котором происходит ограничение сигнала [3].

Также, одним из способов является каскадное соединение встречно-параллельных диодов без смещения. Встречно-параллельная конфигурация необходима для ограничения как положительных, так и отрицательных полуволн переменного сигнала [2]. На основе такой конструкции была проведена разработка ЗУ. Данный вариант построения позволяет пропускать входную мощность до тех пор, пока не будет достигнуто необходимое напряжение и не откроются диоды. После открытия диода избыточная мощность шунтируется на землю, обеспечивая таким образом работу ограничителя мощности в двух режимах: режим пропускания и режим запирания в условиях прохождения высокой мощности.

Требования к разработке ограничителя мощности приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Технические требования

В СВЧ трактах возникает проблема отражений от неоднородностей волнового сопротивления, вследствие чего происходит искажение сигнала. Для решения данной проблемы было проведено согласование, путём добавления LC цепочек на входе и выходе, а также между каскадами диодов. Принципиальная схема спроектированного ограничителя мощности приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Принципиальная схема ЗУ

На частоте 14 ГГц разработанный ограничитель имеет вносимые потери 0,4  в линейном режиме до уровня входной мощности  дБм. При дальнейшем увеличении мощности диоды открываются, и избыточная мощность отводится на землю.

В таблице 2 представлены характеристики разработанного защитного устройства. Также, в данной таблице, для сравнения с существующими аналогами, приведено несколько существующих моделей ограничителей мощности.

Таблица 2.

Сравнительна таблица

Заключение. Разработанное защитное устройство представляет собой четырёхступенчатое каскадное соединение на основе встречно-параллельных диодов. Данный ограничитель мощности предназначен для защиты входных приёмных устройств Ku-диапазона. Вносимые потери сигнала ЗУ составляют менее 0,69 дБ в рабочем диапазоне частот. Обратные потери на входе и выходе более 24 дБ. Мощность просачивания при входной мощности 30 дБм не более 13,3 дБм.

Список литературы:

1. Осипов А.М. Защитное устройство на основе диодов Шотки C- и X-диапазонов // Сбор. трудов 17-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». – Севастополь: Вебер, 2007. – Т. 1. – С. 97–98
2. И.М. Добуш. Обзор способов построение и схем СВЧ монолитных ограничителей мощности – доклады ТУСУРа, №2 (22), часть 1, декабрь 2010, 44-48 c.
3. Ющенко, А.Ю, Айзенштат Г.И., Монастырёв Е.А., Акимов А.В. Монолитная интегральная схема ограничителя СВЧ мощности – CriMiCo 2011.
4. Robust X-band GaN LNA with Integrated Active Limiter. Çağdaş Yağbasan, Ahmet Aktuğ Aselsan Inc., Ankara, Turkey – 2018, Proceedings of the 13th European Microwave Integrated Circuits Conference
5. Микроэлектронные устройства СВЧ / Н.Т. Бова, Ю.Г. Ефремов, В.В. Конин и др. – Киев: Техника, 1984. – 184 с
6. Защитное устройство АО НИИПП ML 307 [электронный ресурс] – режим доступа. – URL: http://mmic.niipp.ru/catalog/product/17, свободный (дата обращения: 02.01.2022)
7. Защитное устройство TriQuint Semiconductor TGL2201 [электронный ресурс] – режим доступа. – URL: https://html.alldatasheet.com/html-pdf/690144/TRIQUINT/TGL2201/1554/4/TGL2201.html, свободный (дата обращения: 02.02.2022)