187682. lajstromszámú szabadalom • Elektronikus vezérlésű, szélessávú, nagyfrekvenciás kapcsoló illetve átkapcsoló
1 187 682 2 A találmány tárgya elektronikus vezérlésű, szélessávú, nagyfrekvenciás, különösen mikrohullámú kapcsoló, amely alkalmas arra, hogy egy többkapus áramkör egy kiválasztott kapuját elektronikus vezérlő |d hatására valamelyik másik kapuval kapcsolja w-,sze. A két összekapcsolt kapu között az átviteli csillapítás kis értékű legyen, míg az összekapcsolt kapuk és a többi kapu között a csillapítás nagy legyen, tehát ezekre a kapukra kismértékű legyen az áthallás, továbbá a találmány tárgya a fenti kapcsolóval felépített nagyfrekvenciás sávszűrő. amelynek átviteli görbéje (beleértve a sávközépi frekvenciát), és/vagy sávszélessége diszkrét lépésekben, elektronikus vezérlő jel alkalmazásával megváltoztatható. Nagyfrekvenciás, ultranagy-frekvenciás és mikrohullámú (a továbbiakban összefoglalva nagyfrekvenciás) méréstechnikai és híradástechnikai rendszerekben és berendezésekben gyakran fellépő feladat olyan (elektronikus vezérlésű ) kapcsoló kialakítása, amely alkalmas arra, hogy a többkapus áramkör valamely kapuját egy másik (elektronikus jelekkel kiválasztható) kapujával összekapcsolja és a két kapu között kis csillapítású átviteli utat hozzon létre, ugyanakkor a (az össze nem kapcsolt) többi kapu felé nagy csillapítást (kis áthallást) valósítson meg. Nagyfrekvenciás *és különösen mikrohullámú méréstechnikai és híradástechnikai rendszerekben fontos az olyan - elektronikusan vezérelt, szélessávú, nagyfrekvenciás kapcsolókból álló - kapcsoló áramkör kialakítása, amely lehetővé teszi olyan szűrő, sávszűrő áramkör megvalósítását, amelynek átviteli görbéjét és/vagy sávszélességét diszkrét lépésekben változtatják az alkalmazásoknak megfelelően, a méréstechnikai vagy átviteltechnikai tulajdonságok optimális beállítása érdekében. A feladat megoldására korábban többféle elrendezést és többféle áramköri elem alkalmazását javasolták. Az ismert megoldások egy csoportjában elektromechanikus kapcsolókat alkalmaztak. A két, ill. többkapus elektromechanikus kapcsolók mindegyikében elektromágnesek segítségével jól vezető fémtestek mozognak, amelyekkel a kívánt összeköttetéseket létrehozzák. Ugyanebbe a kategóriába tartoznak a különféle jelfogók is, ezek közül a nagyfrekvenciás alkalmazásokban a Reed-jelfogókat kell számításba venni. Az elektronikus működtetés ebben az esetben azt jelenti, hogy a megfelelő elektromágnesekre a szükséges polaritású és feszültségű áramforrást kapcsolják. E megoldás hátrányai: a mechanikus működés miatt a működési sebesség korlátozott, ami sok alkalmazásban hátrányos vagy elfogadhatatlan. A mechanikus jelfogók és kapcsolók hátrányos tulajdonsága még a pergés jelensége, amely az érintkezést bizonytalanná teszi. A mechanikus kapcsolók érzékenyek lehetnek a mechanikus rezgésekre. A mechanikus kapcsolók a kopás következtében korlátozott élettartamúak és kevésbé megbízhatóak. A mechanikus kápcsolók hátrányos tulajdonságait részben kiküszöbölik a félvezető diódás (tűs diódák, PN-rétegdiódák, PIN-diódák) nagyfrekvenciás kapcsolók. A nagyfrekvenciás diódás kapcsolókban a félvezető diódáknak azt a tulajdonságát használják fel, hogy nyitóirányú előfeszítés esetén nagyfrekvenciára kis impedanciát jelentenek, záróirányú előfeszül tségre pedig nagyfrekvencián nagy impedanciát valósítanak meg. A nagyfrekvenciás félvezető diódás kapcsolók előnye, hogy mechanikusan mozgó alkatrészeket nem tartalmaznak és igen gyors működésűek. Hátrányuk, hogy a félvezető eszközön egyidejűleg megjelenik a kapcsoló egyenfeszültség és a kapcsolandó nagyfrekvenciás feszültség. Ezek elválasztására fojtó elemeket (induktivitásokat), valamint leválasztó kondenzátorokat kell az áramkörbe beiktatni. Ezen járulékos elemek az áramkör bonyolultságát nagymértékben növelik. Az ilyen áramkörök jóságának fontos jellemzője az alkalmazott diódák és járulékos elemek lehetőség szerint minimális száma. Továbbá a nyitó-, ill. záróellenállások a mechanikus kapcsolóhoz képest kevésbé ideálisak, 0,1-1 ohm nyitóirányú nagyfrekvenciás ellenállást, ill. 1-10 kohm nagyfrekvenciás záróellenállást kell figyelembe venni. Parazita reaktanciákat is számításba kell venni, mégpedig nyitott diódánál 10... 100 nH nagyságú soros induktivitást, ill. zárt diódánál pedig 0,05...1 pF nagyságú párhuzamos kapacitást kell számításba venni. Ezek a diódás kapcsolók működését erősen frekvenciafüggővé teszik, másrészt a sok alkatrész miatt a diódás kapcsolók mechanikusan robosztus felépítésűek. Mindezen tulajdonságok a nagyfrekvenciás kapcsolók konstrukciós kialakítását bonyolulttá teszik. Egy ismert, igen tipikus áramköri elrendezést mutat be a 164 989 lajstromszámú magyar szabadalmi leírás. E leírásban ismertetett kapcsoló elrendezés hátránya, hogy sok diódát és járulékos áramkört tartalmaz, és több jelág kapcsolását bonyolult módon oldja meg. A félvezető diódás kapcsolók ismert kiviteli alakjai nagy (1-2 dB-es) beiktatási csillapítással, 20 dB körüli reflexiós csillapítással és kedvező esetben 70-90 dB körüli zárócsíllapítással rendelkeznek. A hivatkozott szabadalomból megismert kapcsoló kiegészítő áramkörökkel, pl. a kapcsolódiódák reaktanciájának kihangolásával a beiktatási csillapítás csökkenthető, de ez a megoldást nagymértékben bonyolítja, amely ezáltal elektronikus és mechanikus szempontból érzékennyé válik. Ilyen bonyolult áramkörök alkalmazása elektromos és technológiai szempontból egyaránt kedvezőtlen. A nagyfrekvenciás kapcsolók az általános TV- vételtechnikában is ismeretesek. (1. ábra) Az ismert megoldások lényege, hogy az ott alkalmazott nagyfrekvenciás fokozatban két, egyenként azonos elektróddal (katód-katód vagy anód-anód) sorkapcsolt Dn, D12 félvezető diódát - rendszerint PIN diódát >- iktatnak a jelútba úgy, hogy az egyik Dj l félvezető dióda az áramkör soros ágában, a másik D, 2 félvezető dióda pedig a shunt ágában van. A diódák azonos és egyúttal közös elektródjait kivezetve azokat egyenáramilag rögzítik R, 1 ellenállással, és a diódák két szabad elektródjára kapcsolt feszültséggel vezérlik a dióda-lánc nagyfrekvenciás áteresztőképességét, ill. csillapítását. Ez a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
