Grundlagen der Radartechnik

Duplexer mit PIN-Dioden

Eine PIN-Diode ändert ihren Innenwiderstand abhängig von der Vorspannung und ihrer Polarisation. Bei einer negativen Vorspannung (Sperrrichtung) ist ihr Wechselstrom-Innenwiderstand etwa 6 kΩ, bei einer positiven Vorspannung (Durchlassrichtung) ist er hingegen nur etwa 5 Ω. Die PIN- Dioden können also abhängig von ihrer Vorspannung als schnelle Schalter genutzt werden, wie es im Bild 1 gezeigt wird.

• Fall 1: Vorspannung V_cc in Durchlassrichtung (positiv).
  Beide PIN-Dioden haben einen sehr geringen Widerstand. Die Sendeleistung kann die obere PIN-Diode in Richtung der Verzweigung zur Antenne passieren. Die untere PIN-Diode bildet einen Kurzschluss in der Leitung und schützt so den Empfänger vor der Sendeleistung. Sie befindet sich jedoch genau λ/4 von dieser Verzweigung entfernt, so dass dieser Leitungsabschnitt als Widerstandstransformator arbeitet. Die Sendeleistung „sieht“ hier in Richtung des Empfängers einen sehr hohen Widerstand und nimmt die Richtung zur Antenne mit ihrer angepassten Impedanz.
• Fall 2: Vorspannung V_cc in Sperrrichtung (negativ).
  Beide PIN-Dioden haben einen hohen Widerstand. Der Weg zum Sender ist praktisch eine offene Leitung. Die PIN-Diode im Empfangsweg beeinflusst die Empfangsenergie nur wenig.

Duplexer in Halbleitertechnologie mit PIN- Dioden wurden zu einer attraktiven Alternative durch eine gute Sperrisolation, einer schnellen Erholzeit und langer Lebensdauer. Ein Begrenzungsschaltung mit PIN- Dioden und einer vernachlässigbarer Durchlassdämpfung begrenzt das Signal am Empfängereingang auf ein konstanten Pegel. Allerdings müssen die PIN- Dioden für eine gute Sperrung der Sendeleistung bei geringen Verlusten im Empfangsweg aktiv geschaltet werden. Das verkompliziert die Schaltung und führt zu dem Risiko des Totalausfalls, wenn die Schaltspannungen in Folge eines Defektes ausbleiben. Deswegen werden in der Praxis zur Sicherheit mehrere Schaltstufen hintereinander verwendet.

Dieses Modul schaltet mit zwei PIN- Dioden einen Kurzschluss in je eine Resonanzleitung und schaltet somit die HF-Energie vom Eingang in Abhängigkeit einer Steuerspannung entweder auf die Abschlusswiderstände (Dummy-Loads) oder zum Ausgang dieses Moduls, also zum Empfängereingang.

Dummy
loads

Resonanzleitungen

Richtkoppler

PIN-
Dioden

Bild 2: Streifenleitermodule aus einem Radarempfänger

Dummy
loads

Resonanzleitungen

Richtkoppler

PIN-
Dioden

Bild 2: Streifenleitermodule aus einem Radarempfänger

PIN-Dioden benötigen zum Schalten eine Steuerspannung, die meist durch den Synchronisator bereitgestellt wird.