СВЧ модулятор на p-i-n-диоде, страница 2

На эквивалентной схеме rp, rn - сопротивление толщи полупроводника; Lк - индуктивность корпуса.

Т.к, сопротивление i- слоя намного больше сопротивлений р-i и n-i переходов и сопротивлений р- и n- областей, а ёмкость i- слоя которая должна быть не менее некоторого заданного значения. Для модулятора, обеспечивающего максимальное значение m при заданном значении

где  - качество переключающего диода.

Принцип действия модулятора основан на резком изменении сопротивления диода при переключении напряжения смещения на нём, поэтому основным требованием, предъявляемым к диоду, является большой перепад прямого и обратного сопротивлений. При этом время переключения диода tПне должно превышать длительности фронта tфвходного импульса, а расчет полного сопротивления диода необходимо проводить с учётом паразитных параметров полной эквивалентной схемы диода.

Несколько общих положений об устройствах управления амплитудой СВЧ колебаний. Эти устройства разделяются на два типа: устройства, управляемые внешним электрическим полем (постоянным или низкочастотным), и устройства, управляемые самим проходящим СВЧ сигналом (самоуправляемые устройства). К устройствам с внешним управлением относятся аттенюаторы, импульсные модуляторы, стабилизаторы уровня проходной мощности. К самоуправляемым СВЧ устройствам относятся в основном ограничители мощности и защитные устройства.

По принципу работы устройства управления амплитудой колебаний делят на два типа: проходные и отражательные. К проходным относят аттенюаторы, модуляторы, ограничители, к отражающим - преимущественно различного рода коммутаторы.

Общие требования, присущие практически всем устройствам:

• величина     минимального     и     максимального     вносимых затуханий;

• диапазон рабочих частот;

• допустимый уровень входной мощности;

• величина КСВ на входе и выходе;

• величина изменения затуханий в диапазоне частот;

• быстродействие управляющего устройства;

• величина мощности управления;

• уровень нелинейных искажений.

Особенности исследуемого модулятора.

Исследуемый в работе модулятор конструктивно представляет собой отрезок волноводной линии, в которую вмонтирован p-i-n-диод. Для расширения полосы рабочих частот канал, в который включен p-i-n-диод, согласован с передающей линией с помощью ступенчатого четвертьволнового трансформатора.

Поскольку в закрытом состоянии диод имеет малое сопротивление, в тракте возникают отражения и возрастает КСВ. По этой причине для развязки коммутируемой диодом линии и передатчика необходимо использовать вентиль, либо циркулятор в вентильном включении.

К достоинствам данного модулятора можно отнести: слабую зависимость его параметров от падающей СВЧ мощности, небольшие токи управления, малые потери в открытом состоянии (не более 1,5 дБ), малое время переключения.

Основным недостатком данного модулятора является неполное подавление СВЧ мощности (не более 35 дБ), что для случая импульсной модуляции приводит к искажению спектра импульсного сигнала. Этот недостаток может быть устранен использованием          многодиодных модуляторов, либо последовательным включением нескольких однодиодных модуляторов.

Лабораторное задание.

Исследовать зависимость вносимого p-i-n-диодом ослабления в дБ от протекающего через диод тока для трех частот диапазона 19-25 КГц.

f

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,6

2,8

3

19 ГГц

-0,95

-1,2

-1,6

-1,9

-2,4

-2,5

-2,9

-3,4

-3,6

-4

-4,4

-4,5

-4,6

-4,9

-5,2

22 ГГц

-2,8

-3

-3,6

-3,8

-4,2

-4,8

-4,9

-5,3

-5,8

-6

-6,4

-6,6

-6,8

-7

-7,3

24 ГГц

-3,6

-4,2

-4,6

-5

-5,5

-5,9

-6,3

-6,6

-7

-7,3

-7,5

-7,8

-8,3

-8,5

-8,6