|
| |
|
Слаботочка Книги сами прямого смещения, подаваемыми с опережением относительно начала импульса передатчика на время, несколько большее ty (несколько микросекунд). Такой способ управления работой диода подобен питанию РЗП постоянным и импульсным поджигом, но отличается от него полярностью напряжений я подводимой мощностью. Недостатками диодных выключателей как элементов схем АП являются: полное отсутствие защиты от несинхронных сигналов (в отличие от РЗП даже с импульсным поджигом, все же обеспечивающих защиту от несинхронных сигналов достаточно большого уровня); большие по сравнению с РЗП потери Lnep, что важно в схеме БАП; большие по сравнению с РЗП потери Lnp при условии получения Laan-eO дб (как в РЗП), что необходимо для защчты следующего каскада СВЧУ. От первого недостатка полностью свободны диодные ограничители, которые к тому же, являясь пассивными самоуправляемыми устройствами, не требуют внешних управляющих напряжений. Ограничительные диоды представляют собой полупроводниковые структуры со специально подобранными  P,Offf 0,01 0,1 1,0 10 Pex,Sm а.)
-С 2 Рис. 1.19. Характеристики резонаидного ограничителя дециметрового диапазона [20]: а) амплитудные; б) частотные; Р, Рд, - импульсные мощности на входе и выходе; Af„ - отклонение от резонансной частоты: Ы - полоса пропускания по уровню Д-аап-З 56; L.n - при Pg-I вт; - при Рв-! лег. электрофизическими свойствами, занимающие промежуточное положение между р-п. и p-i-n структурами [21], и работают, как правило, в режиме короткого замыкания по постоянному току. В отличие от переключательных, импеданс ограничительных диодов, начиная с некоторого малого уровня мощности (порядка 1 мет), называемого пороговой мощностью, или порогом ограничения (Рпор),  Рис. 1.20. Резонансный ограничитель см диапазона: а) устройство; / - настроечный винт; 2 - диод; 3 - короткозамыкающий настроечный поршень с СВЧ дросселем; 4 - штырь связи волновода с коак-сиалом; б) эквивалентная схема; - емкость настроечного винта. быстро уменьшается с увеличением мощности и при 10 вт представляет собой малое чисто активное сопротивление порядка 1 ом [15, 20, 21, 24]. Поэтому потери, вносимые ограничителем при Р<Рпор, будут малы, т. к. в этом случае ZW (см. формулу (1.5) и рис. 1.17), а по мере увеличения мощности Р>Рпор вносимые потери быстро возрастают, достигая некоторой максимальной величины LaanMaKC (рИС. 1.19). Как и в выключателях, для достижения минимальных величин Lnp и максимальных Lgan необходимо, чтобы импеданс Z был чисто активным (Рз, Гз), т. е. должен обеспечиваться резонанс в двух основных состояниях. К резонансным однодиодным ограничителям приме-  нимы расчетные соотношения (1.5) - (1.11), только в этом случае под г и г+ следует понимать сопротивление потерь диода на низком и высоком уровнях мощности соответственно. Методы построения и конструкции ограничителен аналогичны применяемым в выключателях по прямой схеме. Прн подаче на диод внешнего управляющего напряжения ограничитель работает как выключатель. Типичный по принципу построения резонансный волноводныи ограничитель (рис. 1.20, 1.21) Представляет собой отрезок волновода, содержащий коаксиальную линию с диодом, включенную паралелльно волноводу с помощью штыря (расчет подобных коаксиально-волноводных переходов см., например, в [25]). Диод включен в коаксиальной линии на расстоянии от плоскости верхней стенки волновода (точное значение h определяется экспериментально). Для получения последовательного и параллельного резонансов нагрузки линии h в общем случае используется два регулируемых элемента настройки: короткозамкнутый отрезок коаксиала k и емкостный винт. Обычно /2<V4, т. е. входное сопротивление jX, = jWj tg {2tzIJX) индуктивное. На h.i3k0m уровне .мощности регулировкой k добиваются последовательного резонанса, т. е. компенсации реактивных сопротивлений в сумме импедансов (Z„--+ диода и отрезка k. Результирующее малое активное сопротивление /"пос (зашунтированное относительно большим сопротивлением \1(оС„, влиянием которого в первом приближении можно пренебречь) протранс-формируется отрезком h к своему входу в большое сопротивление /?я. Таким образом обеспечиваются малые потери Lnp. На высоком уровне мощности емкостным винтом устанавливают такое значение С„, чтобы наступил параллельный резонанс в контуре (Zn+]Х-ЦшСп). Тогда большое сопротивление контура Rua трансформи-78 Рис. 1.21. Резонансный ограничитель ,3-с,и диапазона. руется линией Л в малое сопротивление Гэ, шунтируюЩеб волновод, н потери ограничителя Lgan становятся большими. Если используется резонансный диод, то дополнительные элементы для настройки не требуются (/2= = Сн=0). Однако практически из-за разброса параметров диодов от образца к образцу даже с резонансными диодами необходимо производить некоторую подстройку (по крайней мере для получения последовательного резонанса при нулевом смещении). Описанные ограничители обеспечивают в 3-сж диапазоне Lnp=0,3-7-0,6 дб и L3an=20 дб в полосе Aflfo= = 3-е-6%. При необходимости увеличить Lsan попользуют два последовательно включенных аналогичных ограничителя, рагстояние между которыми подбирается оптимальным с точки зрения минимума Lnp и максимума Laan и Af [24]. Необходимо подчеркнуть, что при ограничении мощным диодным ограничителем импульсной мощности огибающая выходного импульса просачивающейся мощности может содержать пик, подобный пику просачивающейся мощности РЗП (см. рис. pip, н 1.6,6) [20, 21, 24]. Появление пика обусловлено влиянием конечного времени установления ограничительного диода (ty). , Существующие ограничительные р-п диоды для ко- Г~\ I ротковолновой части диа- J \ пазона пригодны для работы РВг. при мощности Римакс ПОрЯД- ка нескольких десятков илн сотен ватт. Для увеличения Ри макс разработан метод построения двухдиодного ограничителя с использовнием более мощного p-i-n диода в качестве первого из них [17, 24]. Сущность метода заключается в том, что при появлении на входе ограничителя СВЧ мощности Рвх на p-i-n и следующие за ним р-п диоды, включенные в волновод по схеме прямого двухдиодного выключателя, подается положительное смещение, источником которого является сама СВЧ мощность (рис. 1.22). Внешний ис- Рис. 1.22. Схема двухдиодного резонансного ограничителя со смещением от вспомогательного детектора [24]: I - детектор - источник тока смещения; 2 - p-i-n диод: 3 - р-п диод; /?, = 10 ом; 2-22 о.«: Др,-= 100 мкгн; Дрг. Дрз - дросселн. точник смещения при этом не требуется, Что превращает такой выключатель в пассивный ограничитель. В качестве источника смещения используется вспомогательный диодный детектор, установленный на входе ограничителя и слабо связанный с полем волновода: часть мощности Рвх детектируется, при этом видеоимпульс тока детектора проходит через p-i-n и р-п диоды, как ток прямого смещения, вызывая возрастание потерь Lnp всего устройства по сравнению со Случаем отсутствия тока смещения. Чем больше Рвх. тем больше ток смещения и больше потери, вносимые диодами. В .результате такое устройство приобретает характеристику ограничителя. Дроссель Др1 (рис. 1.22) создает p-i-n и р-п диодам замкнутую цепь, в которой после окончания СВЧ импульса происходит рассасывание накопленного в них заряда. Одновременно дроссель ускоряет этот процесс рассасывания (уменьшает время восстановления ограничителя) благодаря возникающей в нем после окончания СВЧ импульса э. д. с. самоиндукции, которая создает кратковременно обратное смещение па диодах. Описанным методом были разработа;1ы двухдиодные ограничите-.чи 2- и 3-см диапазона на Ри макс=0,5ч-! кет. В частности, ограничитель 3-см диапазона имел следующие параметры: Ри макс=0,5 кет, <в0,3 мксек, Р„л<30 мет, Wn<0,2 эрг. Up<0,9 дб, .Д/=500 Мгц. В схеме БАП в той же полосе частот при Ри макс=1 кет такие ограничители обеспечивали Lncp0,7 дб, Lnpl дб, Рпл<2 мет, Wn< <0,01 эрг [24]. Такие ограничители по своим защитным и некоторым другим свойствам не только эквивалентны, но и превосходят РЗП: защита обеспечивается от любого сигнала мощностью больше нескольких милливатт, а не от уровня зажигания (Рзаж); время /в существенно меньше, чем в РЗП, и оно, так же как Рил и ttn, не увеличивается в процессе эксплуатации; не требуются внешние .источники питания; срок службы значительно больше, чем в РЗП (несколько тысяч часов). Однако ограничители уступают РЗП по величине потерь Lnp, Lnep, полосе пропускания и особенно сильно по уровню Римакс. ПреВОС- ходство РЗП по этим параметрам возрастает по мере укорочения длины волны и наиболее существенно в коротковолновой части см и мм диапазонах волн. Серьезным недостатком резонансных ограничителей по сравнению с РЗП является также су1цественное ухудшение за- ЩитнЫх свойств (уменьшение Laan) за пределами полосы пропускания (рис. 1.19), что важно с точки зрения I защиты от внешних несинхронных помех. \ 1.3.3. Разрядники-ограничители С целью снижения влияния недостатков ограничителей и РЗП и объединения их достоинств, главным образом, в коротковолновых диапазонах в последние годы стали разраба-ывать и выпускать новый тип УЗП - сочетание разрядника с полупроводниковым ограничите-  Рис. 1.23. Разридиики-ограничители 3- и 2-см диапазонов (тип МА-3854Х и MA-3847Z, США). лем, называемое разрядником-ограничителем (рнс. 1.23). Эти устройства в ряде случаев не содержат электрода поджига, не требуют внешних источников питания и обеспечивают защиту от любых сигналов, превосходящих порог ограничения, как при включенной, так и при выключенной РЛС [26]. Входная часть разрядника-ограничителя представляет собой по существу предварительный разрядник с конусами (п. 1.3.1,в). Отсутствие электрода поджига устраняет наиболее существенные недостатки РЗП, рассмотренные в 1.3.1. Следующий же за разрядником ограничитель, в свою очередь, исключает или существенно уменьшает значимость величины защитных параметров предварительного РЗП (Рзаж. Рпл, Wu), что позволяет 6-38 81 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [11] 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 |