Широкосмуговий p-i-n діодний перемикач 8-міліметрового діапазону з малими втратами для радіометра Дайка

Анотація

Вступ. В роботі представлені результати розробки широкосмугового p-i-n діодного перемикача для радіометра Дайка 8-міліметрового діапазону довжин хвиль. Основні вимоги до низьких втрат та високої ізоляції були досягнуті завдяки ретельній розробці топології гібридної інтегральної схеми (ГІС) хвилевідно-щілинної лінії. Розробка заснована на якісному дослідженні кожного з вузлів перемикача, що включає в себе вимірювання параметрів використовуваних діодів безпосередньо в лінії інтегральної схеми перемикача, електродинамічний аналіз перемикаючого вузла та кіл живлення діодів. Вимірювані параметри ГІС (втрати нижче 1,5 дБ, включно із втратами в колах живлення, та розв’язка більше 29,5 дБ) є одними з найкращих у таких пристроях.
Розробка ГІС перемикача. При розробці ГІС були враховані наступні основні чинники. Для реалізації перемикача були використані доступні та недорогі p-i-n діоди з досить великою індуктивністю (виміряне значення індуктивності L_д=0,022 нГ). По-друге, порти перемикача, що розміщені під кутом 120 градусів і традиційно використовуються для реалізації SPDT-перемикачів на ХЩЛ, вважалися неприйнятними з конструктивної точки зору і тому були замінені вихідними портами, розташованими під кутом 90 градусів по відношенню до вхідного. Крім того, щоб зменшити комутаційні завади при використанні перемикача як елементу радіометра Дайка, обидва електроди діодів ізольовані від "землі". В роботі було показано, що оптимізація положення точки розгалуження ХЩЛ по відношенню до точки з’єднання хвилеводів дає можливість збільшити розв’язку з ізольованим плечем перемикача. Розміщення поглинаючого матеріалу в області розгалуження дає змогу виключити резонансне збудження цієї області без збільшення втрат.
Корекція частотної характеристики розв’язки досягається оптимізацією розмірів радіальних шлейфів. Розміри шлейфів були розраховані шляхом електродинамічного аналізу з метою забезпечення реактивності, необхідної для резонансу з індуктивністю відкритого діоду, оскільки показано, що приблизні формули для розрахунку вхідної реактивності радіальних шлейфів не дозволяють робити правильні оцінки внаслідок впливу високоомної лінії, з'єднаної із шлейфами для забезпечення живлення діодів.
Висновок. Високі якісні показники перемикача - прямі втрати 1,5 дБ, розв'язка не менше 29,5 дБ - отримані завдяки послідовній ретельній розробці кожного з вузлів перемикача, що включає в себе вимірювання параметрів використовуваних діодів безпосередньо в лінії інтегральної схеми перемикача, електродинамічний аналіз перемикаючого вузла і кола живлення діодів. Все це дозволило реалізувати перемикач із якісними параметрами при використанні доступних і недорогих діодів. Крім того, параметри пристрою дозволили з успіхом використовувати його в якості перемикача Дайка у високочутливому радіометрі міліметрового діапазону довжин хвиль.