Основы радиолокации

Антенный переключатель на PIN-диодах

Основным свойством PIN-диода является то, что его внутреннее сопротивление изменяется в зависимости от величины внешнего прикладываемого к нему напряжения. Это напряжение называют напряжением смещения. При изменении напряжения смещения сопротивление PIN-диода может меняться от 6 кОм при отрицательном смещении до около 5 Ом при положительном смещении. Благодаря этому свойству PIN-диоды могут использоваться в качестве электронных переключателей, например, как показано на Рисунке 1.

• Случай 1: Напряжение смещения (V_cc) положительное.
  Оба PIN-диода имеют очень низкое сопротивление. Мощность от передатчика проходит через верхний PIN-диод к антенне. Поскольку сопротивление нижнего PIN-диода тоже низкое, то он накоротко замыкает вход приемника и, тем самым, защищает его от мощности, генерируемой передатчиком. Однако это низкое сопротивление преобразуется при помощи согласующей линии длиной λ/4 в высокое сопротивление. Таким образом, высокочастотная энергия от передатчика «видит» здесь высокое сопротивление (разомкнутую линию) и проходит в антенну, импеданс которой согласован с импедансом линии передачи.
• Случай 2: Напряжение смещения (V_cc) отрицательное.
  Оба PIN-диода имеют высокое сопротивление. Линия к передатчику теперь имеет высокое сопротивление (практически, разомкнутая линия) и принимаемая мощность не проходит к передатчику. PIN-диод в тракте приема имеет высокое сопротивление и практически не влияет на интенсивность проходящего к приемнику сигнала.

Полностью твердотельные антенные переключатели, построенные на PIN-диодах, становятся хорошей альтернативой, характеризуясь хорошей изоляцией, быстрым временем восстановления и долгим сроком службы. Диодный ограничитель пропускает маломощные сигналы с незначительным их ослаблением, а сигналы, превышающие заданный уровень, ослабляются и на входе приемника имеют постоянную интенсивность. При использовании в качестве переключателя, устройство на PIN-диодах должно обеспечивать низкие потери (в направлении от антенн к приемнику) и хорошую изоляцию (в направлении от передатчика к приемнику). Это усложняет конструкцию и влечет за собой увеличение риска катастрофических повреждений приемника в случае выхода из строя антенного переключателя. Из соображений надежности часто используется несколько ступеней ограничения.

На Рисунке 2 изображен переключатель с двумя PIN-диодами, который переключает короткое замыкание на резонансную линию и, тем самым, направляет высокочастотную энергию, в зависимости от управляющего напряжения в поглощающую нагрузку либо на выход модуля (что означает, к приемнику).

поглощающие
нагрузки

резонансные линии

направленный ответвитель

PIN-
диоды

Рисунок 2. Переключатель на PIN-диодах, построенный на полосковой технологии

поглощающие
нагрузки

резонансные линии

направленный ответвитель

PIN-
диоды

Рисунок 2. Переключатель на PIN-диодах, построенный на полосковой технологии

Для функционирования переключателям на PIN-диодах требуется управляющее напряжение, обычно формируемое синхронизатором.