191164. lajstromszámú szabadalom • Elekttonikusan vezérelt kapcsoló áramköri elrendezés
1 191 164 2 A találmány tárgya elektronikusan vezérelt kapcsoló áramköri elrendezés, mellyel nagy csillapításváltozás valósítható meg, URH és mikrohullámú frekvenciasávban üzemelő berendezéseknél. Vezérelt kapcsolóáramkörök a nagyfrekvenciás jel útját nyitják vagy zárják, a vezérlőjeltől függően kis, illetve nagy csillapítást szolgáltatva. A hagyományos és a találmány szerinti megoldások lényegét a mellékelt ábrák szerint ismertetjük. Az 1. ábrán hagyományos pin-diódás mikrohullámú kapcsoló áramkörök láthatók. A 2. ábrán a pin-dióda egyszerűsített helyettesítő képe látható. A 3. ábra hagyományos aluláteresztö jellegű kapcsoló áramköri elrendezés. A 4. ábra a találmány szerinti kapcsoló elrendezés blokkvázlata. Az 5. ábra a 4, ábrán látható rezonátor kapcsolási rajza. Hagyományos megoldás szerinti mikrohullámú kapcsoló áramköröket speciálisan e célra gyártott félvezetőkkel, úgynevezett pin-diódákkal készítenek. A diódát egy tápvonalba, leggyakrabban szalagtápvonalba sorosan vagy párhuzamosan helyezik be, a vezérlőjel pedig aluláteresztő hálózaton keresztüljut a diódára. Ilyen elrendezés látható az la és lb ábrán, ahol az la ábra soros, lb ábra párhuzamos kapcsolását szemlélteti a D diódának. A ki- és bemenet egyenáramú leválasztása C, soros kondenzátorokkal történik. A soros elrendezés esetén pedig az egyenáramú kör zárását egy Lp párhuzamos induktivitás adja. A dióda a mikrohullámú frekvenciatartományban az ideális kapcsolótól jelentősen eltérő impedanciát mutat. Egyszerűsített, de a valóságos viszonyokat még jól leiró helyettesítő képét a 2. ábra mutatja, ahol Cj, Rf a félvezető morzsát, L, Cc reaktancia pedig a kivezetés és a tokozás parazita reaktanciáit képviseli. Az 1. állapot a kinyitott diódának, a 2. állapot a lezárt diódának felel meg. Soros diódás kapcsoló esetén a 0,1 pF nagyságrendjébe eső rétegkapacitás már viszonylag alacsony mikrohullámú frekvenciákon a kapcsoló zárási tulajdonságainak erős romlásához vezet. Párhuzamos beültetés esetén fordított üzemmód használatos: a kinyitott dióda adja a zárt kapcsoló helyzetet. Ez a megoldás az áteresztő irányú csillapítás szempontjából kedvezőbb, a zárást viszont a soros ellenállás eleve bekorlátozza, a tokozási reaktanciák pedig ezt a zárócsillapítást a magasabb frekvenciák felé tovább csökkentik. Igényesebb kapcsolók kialakításakor a fenti problémákat kompenzálással ellensúlyozzák. Eszerint a diódát úgy egészítik ki reaktáns elemekkel, hogy a kapcsoló áteresztő állapotában a parazita reaktancia kihangolódjon. Tipikus példa erre a 3. ábra szerinti aluláteresztő elrendezés. A szűrő áteresztő sávjában — lezárt dióda mellett — a kapcsoló kis reflexiós tényező mellett átereszt. A diódát nyitó irányba kapcsolva a szűrő „elhangolódik”, cs az elhangolás mértékének megfelelő zárócsillapítás mérhető. Az ilyen jellegű megoldás egyik fő hátránya az, hogy a zárócsillapítás nem kézbentartott, az adódó elhangolódásnak megfelelő. Másik negatívum, hogy a tervezés lezárt állapotban tiszta kapacitással helyettesíthető diódával dolgozik, ami csak speciális tokozás esetén, illetve csak keskeny frekvenciasávban helytálló. Ennek megfelelően a számolt értékeket a gyakorlat csak nagy hibával adja vissza. Hasonló a helyzet más, egyszerű kompenzálási eljárással is. Végezetül, mindezen eljárások a mikrohullámú frekvenciatartományban kis parazita rcaktanciákat, 0,1 pF nagyságrendjébe eső kapacitásokat és 0,1 nH nagyságú, vagy kisebb induktivitásokat igényelnek; eltérő esetben megengedhetetlenül kis sávszélességet és/vagy realizálhatatlan elemértékeket eredményeznek. Ezen reaktancia értékek ugyan jogos közelítései a mikrohullámú pindiódák impedanciájának, azonban a „közönséges” kapcsoló diódáknak, amelyeket különösen az alacsonyabb mikrohullámú frekvenciákon célszerű használni, már nem felelnek meg. Célunk a találmánnyal, hogy olyan elektronikusan vezérelhető kapcsoló áramköri elrendezést adjunk, ami relatíve nagy értékű reaktáns elemeket képviselő felvezető eszköz alkalmazása ellenére is széles frekvenciatartományban nagy csillapításváltozást szolgáltat, és hogy ezáltal lehetővé tegyük egyrészt egyes mikrohullámú berendezésekben közönséges kapcsoló dióda alkalmazását, másrészt a mikrohullámú pindiódák alkalmazhatóságát is a magasabb frekvenciák felé kiterjeszthessük. (Megjegyezzük, hogy a reaktanciák relatíve nagy vagy kis volta az üzemi frekvencia és az áramkör lezáró impedanciája által meghatározott reaktanciaegységekhez viszonyítva dönthető el.) A találmány szerinti, a fenti célt megvalósító kapcsoló áramköri elrendezést a 4. ábra mutatja. Ez egy olyan R,...R„ rezonátorokból és CS,...CSn + 1 csatoló elemekből felépített hálózat, amelynél D kapcsoló dióda épül be a rezonátorokba. Az alkalmazott elemszámot a sávszélesség és a kívánt zárási tulajdonságok határozzák meg. A rezonátorok száma minimálisan l, a csatoló elemeké minimálisan 0 (közvetlen csatolás), maximálisan a rezonátorok számánál eggyel több. A V vezérlő blokk tartalmazza azon kombinált aluláteresztő szürőstruktúrát, ami a vezérlőjel hozzávezetése mellett a kapcsolt nagyfrekvenciás jelnek a vezérlő bemenetre történő eljutását is megakadályozni hivatott. Ennek kialakítását a jelen találmány nem rögzíti, megkötés vele szemben csupán annyi, hogy a rezonátor felé nagy impedanciájú lezárást szolgáltasson. Célszerűen alkalmazhatók például sorosan elhelyezett párhuzamos rezgőkörös bemenetű aluláteresztő hálózatok. ! A CS,.. .CSn +, csa toló elemek az üzemi frekvenciának megfelelő hullámhossz felénél nem nagyobb hoszszúságú tápvonal szakaszok. A 4. ábra szerinti rezonátorok felépítése az 5. ábrán látható. A D kapcsoló diódával sorosan egy kis impedanciájú, az üzemi frekvenciának megfelelő hullámhosszhoz képest rövid, a végén szakadással lezárt T, tápvonal szakasz kapcsolódik. Ezen T, tápvonal szakasz és a D kapcsoló dióda közös pontjára csatlakozik a vezérlőjelbemenet. A D kapcsoló dióda és a T, tápvonal szakasz alkotta soros körrel párhuzamosan egy nagy impedanciájú, az üzemi frekvencia által meghatározott hullámhosszhoz képest rövid, a végén rövidre zárt 12 tápvonal szakasz kapcsolódik. A tápvonal szakaszok impedanciája és/vagy hossza és így az általuk képviselt reaktancia hangolható is lehet. A rezonátorok szerves alkotóeleme a kapcsoló dióda, amelynek relatíve nagy reaktanciája a rákénysze-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 50 .55 2
