185732. lajstromszámú szabadalom • Félvezető diódás fin vonalas mikrohullámú kapcsoló/csillapító

1

2

185 732

A találmány tárgya félvezető diódás, fin vonalon kialakított, szélessávú mikrohullámú/millimétereshullámú kapcsoló/csillapító, amely alkalmas egy • ' áramkör egyik (közös) kapuját másik két kapu valamelyikével összekapcsolni. A két összekapcsolt 5 kapu között az átviteli csillapítás a vezérlés módjá-Vv<?

tatható illetve beállítható. Az összekapcsolt kapuk és a harmadik (izolált) kapu között az átviteli csillapítás nagyértékű. 10

Mikrohullámú és millimétereshullámú (a továbbiakban mikrohullámú) rendszerekben és berendezésekben gyakori feladat olyan áramkör kialakítása, amely egy közös kapuról két különböző kapura kapcsol - a továbbiakban SPDT (Single Pole Do- 15 ublé'Through) kapcsoló oly módon, hogy az egyik ág kis csillapítású, a másik ág nagy csillapítású legyen.

" Egyes műszaki feladatokban előforduló igény, hogy az átviteli útban csillapítás-szabályzást is meg 20 kell valósítani; ekkor tehát az egyik ág nagycsillapítású, míg a másik ág elektronikusan szabályozható csillapítású. Ezen kapcsolási feladat megoldására többféle elrendezés, illetve áramkör ismeretes.

Az elektromechanikus megoldásokat ezek hátrá- 25 nyos tulajdonságai miatt figyelmen kívül hagyva a félvezető diódás kapcsolókat kell számításba venni.

10-15 GHz-nél nagyobb frekvenciákon a kisebb frekvencián előnyösen használható koaxiális . illetve mikroszalagvonalas kapcsolók egyré több 30 hátránnyal járnak. (Pl. nagyobb beiktatási csillapítás, a realizálás nehézkes, rossz reprodukálhatóság.)

18 GHz felett többnyire csőtápvonalas struktúrát használnak az áramkörök így a kapcsolók — 35

realizálására. Közönséges négyszögletes csőtápvonalban felépített kapcsolók - a befogás és az egyenáramú ellátás nagy parazita reaktanciája miatt kizárólag keskenysávúra — csak 10% alatti relatív szélességben realizálhatók. 40

A szélessávú realizálások lehetőségét az ún. fin vonalas technika kidolgozása teremtette meg. Az ismert fin vonalas kapcsolókat és a találmány szerinti megoldásokat ábrákon szemléltetjük.

1. ábra: Fin vonal felépítése. 45

2. ábra: Kapcsolóáramkör fin vonalban.

3. ábra: Két diódás kapcsolóáramkör fin vonalban.

4. ábra: Csőtápvonal és fin vonal közötti átmenet

vázlata. 50

5. ábra: SPDT kapcsolóáramkör felépítése.

6. ábra: Fin vonalas SPDT kapcsoló KÉP közös elágazási pont szokásos kialakítása.

7. ábra: Fin vonalas diódás kapcsoló keresztmetszete. 55

8. ábra: Fin vonalas SPDT kapcsoló szokásos egyenáramú bekötése.

9. ábra: Fin vonalas SPDT kapcsoló KÉP közös

elágazási pont és környezetének találmány szerinti kialakítása. 60

10. ábra: A találmány szerinti fin vonalas kapcsolónál a zárócsillapítás növelése.

11. ábra: Fin vonalas SPDT kapcsoló egyenáramú bekötésének új megoldása.

12. ábra: Fin vonalas kapcsoló/csillapító találmány szerinti megoldása.

13. ábra: Fin vonal és csőtápvonal közötti átmenet megoldása a találmány szerint.

14. ábra: A reflexiók kihangolásának módja fin vonalon a találmány szerint.

15. ábra: A találmány szerinti fin vonalas SPDT kapcsoló kialakítása.

Az 1. ábra szerint a fin vonalat a szélesebbik oldalukon félbevágott R csőtápvonalban, a vágás síkjában Dl dielektrikum hordozón lévő FI és F2 fémrétegben kialakított áramköri rajzolat és az. FI és F2 fémrétegek közötti S rés alkotja. (A Dl dielektrikum hordozó esetleg el is maradhat.) Mivel a fin vonal S rés mérete igen kicsinyre választható, az aktív elemek (diódák) behelyezésénél kialakuló parazita reaktanciák lecsökkennek, ezért a fin vonalas áramkörökkel lehetőség nyílik a szélessávú realizálásra.

Fin vonalas struktúrában korábban már realizáltak kapcsoló áramköröket. Ilyen elrendezést vázol a 2. ábra. A D kapcsoló diódával az FV fin vonal S rését áthidalva kapcsolóáramkört kapunk. Lényegében a rés két széle közötti feszültségkülönbséget a kis ellenállású dióda (nagycsillapítású állásnál) rövidrezárja, így az átvitel kismértékű (-8...- 12dB) lesz. ..; £

Két diódás kapcsolóáramkör kialakítását fin vonalas struktúrában a 3. ábra mutatja. Két egymástól kb. negyedhullámhossz távolságban lévő Dl és D2 diódáknak az S résbe helyezésével a kapcsoló tulajdonságok szélesebb frekvenciasávban érvényesülnek. A zárócsillapítás nagyobbá (15 — 25 dB) válik; az áteresztő csillapítás azonban nő a diódaveszteségek és a reflexiók növekedése miatt.

A 4. ábrán az FV fin vonal és szabványos WG négyszögletes csőtápvonal csatlakozása (átmenet) látható. Az AM átmenetnek ki kell elégítenie a kisreflexiójú illesztés feltételét mind a négyszögletes WG csőtápvonal szakasz, mind a keskenyrésű FV fin vonal szakasz felé. Ez általában bonyolult profilkialakítást, sok kísérleti munkát igényel.

Az SPDT kapcsolók kialakításánál össze kell kötni a 3. ábra DÁK diódaáramkörét és a 4. ábra szerinti WG négyszögletes csőtápvonal szakasz és AM átmenet elemeket. Ezt szemlélteti az 5. ábra.

A 6. ábrán látható, hogyan oldották meg régebbi megvalósításokban a KÉP közös elágazási-pont kialakítását. A KB közös bemenethez képest a kimeneti FV fin vonalak a = 120' szögben állnak, ugyanúgy, ahogy a WGF csőtápvonal falak. Ez kompromisszum, mivel egyrészt a lehetőleg 180'hoz minél közelebbi szög lenne szükséges (így a KÉP közös elágazási pontnál az FV fin vonal iránya kevéssé törik, s így az abból adódó reflexiók kicsinyek lesznek), másrészt, hogy a kimeneti csatlakozók minél könnyebben szeparálhatók legyenek, a = 90*-szög lenne alkalmas, merőleges csatlakozási csíkok miatt.

Az ismertetett kapcsolóknak hibája még, hogy zárócsillapításuk nem túl nagy. A 7. ábra szerint nagycsillapitású állásban a D diódá(k) a fin vonal résében lévő teret zárják rövidre; ezzel lényegében az R négyszögletes csőtápvonalat fémesen ketté-