СВЧ аттенюатор на PIN-диодах
Основным свойством PIN-диода является переменное сопротивление на СВЧ в зависимости от протекающего через него постоянного тока.
Это свойство можно применить для создания переменного аттенюатора. Можно конечно использовать просто один последовательно установленный PIN-диод и изменять ток, протекающий через него, как показано в схеме ниже.
Последовательно включенный PIN-диод
Однако данная схема обладает недостатками: при незначительных изменениях управляющего напряжения в диапазоне 0.1–0.7В происходит сильное изменение затухания, недостаточный максимальный уровень затухания. Хотелось бы увеличить диапазон напряжения и увеличить максимально затухание, которого в данной схеме не всегда бывает достаточно.
Прочитав статью HP (Agilent), нашел схему квадратурного аттенюатора на PIN-диодах. http://www.hp.woodshot.com/hprfhelp/4_downld/lit/diodelit/an1048.pdf. Предполагаемая схема выглядит следующим образом.
Схема аттенюатора
В качестве преимуществ данной схемы авторы выделяют:
больший диапазон затухания (за счет двух последовательных диодов, вместо одного);
больший частотный диапазон для заданного значения затухания;
подавление искажений чётного порядка за счет диодов, стоящих «навстречу» друг другу;
симметричность схемы и удобство управления.
Для уменьшения потерь в схему можно добавить индуктивные элементы «выше» резисторов 560Ом и «ниже» 330Ом. Можно увеличить эти значения сопротивлений, но тогда управляющее напряжение придётся поднимать для того, чтобы обеспечить ток через диоды. Но и в данном виде это довольно большие для СВЧ сопротивления и полезный сигнал в этих направлениях практически не ответвляется.
Также в схему можно добавить конденсаторы «по питанию» — лишним не будет.
Было решено использовать изготавливаемые на предприятии бескорпусные PIN-диоды 2А553 и собрать их на отдельной плате, которую при желании можно корпусировать, накрыв крышкой.
Диод 2А553. Rпосл = 2–3Ом, С = 0.02пФ
Плата получилась 5×5 мм. Сигнал СВЧ проходит в направлении 1<--->2. На плате сэкономили и заказали её из FR4 толщиной 0.3 мм (50шт — 9.300руб в Резоните). Небольшая толщина обусловлена необходимостью обеспечения ширины полоска, при котором его сопротивление будет равно 50Ом. Чем тоньше плата, тем меньше ширина.
Плата 5×5 мм с PIN-диодами
Моделирование как платы с диодами, так и платы обвязки я производил в NI AWR. Отладочная плата получилась размером 46×37 мм. Её изготовили уже из СВЧ материала Wangling WL-CT350 толщиной 0.508 мм (5шт — 9.000руб в Резоните).
Отладочная плата проверки аттенюатора
Schematic в AWR
Фотография платы отладки с припаянной платой аттенюатора представлена ниже. Саму плату аттенюатора паяли на паяльную пасту, а с компонентами и разъёмами решили не заморачиваться и использовали обычный припой.
Реализованный аттенюатор на отладочной плате.
Проверка аттенюатора на ВАЦ Микран Р4М-18, постоянное напряжение подавалось от калибраторов. Результаты представлены ниже.
S21(dB) от частоты в зависимости от напряжения на порте 3.
Зависимость затухания от напряжения для разных частот.
Видно, что «сильная» зависимость остаётся от 1 до 2 Вольт, затем затухание меняется плавнее. Можно незначительно регулировать этот диапазон, изменяя напряжение на порте 4 отладочной платы. Присутствует также зависимость затухания от частоты.
В общем данная схема аттенюатора показывает принципиальную работоспособность, но обладает некоторыми недостатками.
