Однокаскадное устройство защиты приемных каналов радиотехнических систем

Однокаскадное устройство защиты приемных каналов радиотехнических систем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для защиты приемных каналов (ПК) радиотехнических систем (РТС) от мощных электромагнитных воздействий (МЭМВ).

Известны устройства защиты ПК РТС от МЭМВ, состоящие из входного и выходного согласующего устройства и включенного между ними газового разрядника [1]. Эти устройства характеризуются большой постоянной времени внесения затухания в антенно-фидерный тракт, а поэтому имеют ограниченное применение. Они используются в основном как устройства защиты ПК РТС от МЭМВ, формируемых при грозовых разрядах, а также от воздействий квазимонохроматических электромагнитных полей, излучаемых мощными передатчиками, расположенными вблизи ПК РТС.

Известны однокаскадные устройства защиты (ОУЗ) ПК РТС от МЭМВ - однокаскадные ограничители амплитуды (ОА), состоящие из входного и выходного согласующего устройства и включенного между ними полупроводникового диода (как правило, p-i-n-диода) [1]. Разновидностью этих устройств являются многокаскадные устройства защиты лестничного и балансного типа [2].

Работа ОУЗ и многокаскадных устройств защиты основана на инжекции заряда в i-слой p-i-n-диода. При возрастании на p-i-n-диоде амплитуды СВЧ напряжения в результате инжекции заряда в i-слой происходит падение сопротивления диода, который шунтирует приемную линию. В результате часть падающей мощности отражается от диода ко входу устройства защиты. При малых мощностях СВЧ сигнала диод имеет высокое сопротивление и мощность на выходе устройства защиты возрастает пропорционально мощности входного СВЧ сигнала. После превышения некоторого порогового уровня затухание, вносимое устройством защиты, достигает величин, при которых мощность на выходе устройства остается практически постоянной при изменении входной мощности. Наибольший диапазон изменения входной мощности при условии постоянства выходной мощности СВЧ сигнала обеспечивается многокаскадными устройствами защиты лестничного и балансного типа. Для этих устройств он определяется значениями 20...30 дБ [1].

ОУЗ могут использоваться как самостоятельно для защиты ПК РТС от МЭМВ, так и в составе многокаскадного устройства защиты.

Устройство защиты лестничного типа включает в себя последовательно соединенные с помощью отрезков полосковой линии ОУЗ-i (i=1, 2,..., n), где n - целое положительное число, соответствующее количеству ОУЗ, используемых в устройстве. В таком устройстве выход ОУЗ-i (i=1, 2,..., n-1) соединен со входом ОУЗ-(i+1) (i=1, 2,..., n-1); длины отрезков полосковой линии, соединяющих вход ОУЗ-(i+1) (i=1, 2,..., n-1) и выход ОУЗ-i (i=1, 2,..., n-1), выбираются равными λ/4, где λ - длина волны, соответствующая средней частоте входного СВЧ сигнала; вход отрезка полосковой линии, подключаемой ко входу ОУЗ-1, является СВЧ входом устройства; выход отрезка полосковой линии, подключаемой к выходу ОУЗ-n, является СВЧ выходом устройства, а каждый ОУЗ-i (i=1, 2,..., n) включает в себя другие i-тые (i=1, 2,..., n) отрезки полосковые линии и p-i-n диод, включенный в прямом или обратном направлении между потенциальной и нулевой шинами другого i-того (i=1, 2,..., n) отрезка полосковой линии; при этом один конец другого i-того (i=1, 2,..., n) отрезка полосковой линии является входом ОУЗ-i (i=1, 2,..., n); другой конец другого i-того (i=1, 2,..., n) отрезка полосковой линии является выходом ОУЗ-i (i=1, 2,..., n).

Так как отрезки полосковой линии длиной λ/4 соответствуют индуктивности [2], то для каждого ОУЗ-i (i=1, 2,..., n) в совокупности с отрезками полосковой линии длиной λ/4, к которым подключен вход и выход ОУЗ-i (i=1, 2,..., n), в рассмотрение может вводиться эквивалент - фильтр высоких частот (ФВЧ-i (i=1, 2,..., n)).

В составе ФВЧ-i (i=1, 2,..., n) используется переменное сопротивление R_дi (i=1, 2,..., n), соответствующее сопротивлению р-i-n диода ОУЗ-i (i=1, 2,..., n), и последовательно соединенные индуктивности входа и выхода, к точке соединения которых подключен p-i-n диод. При этом многокаскадное устройство защиты эквивалентно последовательному соединению фильтров высоких частот ФВЧ-i (i=1, 2,..., n), а его свойства определяются свойствами входящих в его состав ОУЗ-i (i=1, 2,..., n) (ФВЧ-i (i=1, 2,..., n)). Это связано со следующим.

Особенностью p-i-n диодов ОУЗ-i (i=1, 2,..., n) является то, что при воздействии на них СВЧ сигналов с амплитудой U, возможно два типовых исхода, когда [6]:

где U_вкл (напряжение "включения") - амплитуда входного СВЧ сигнала, превышение которой приводит к переходу p-i-n диода в состояние "включения", при котором сопротивление p-i-n диода:

При выполнении условия (2) p-i-n диод находится в состоянии "выключения", при котором его сопротивление:

Выполнение соотношений (1),..., (4) и возможность представления многокаскадного устройства защиты в виде последовательного соединения ФВЧ-i (i=1, 2,...) означает, что, используя в составе ОУЗ-i (i=1, 2,...) p-i-n диоды с различными напряжениями "включения" U_вклi (i=1, 2,...), удовлетворяющими условию:

можно обеспечить ограничение амплитуды U_вх входного СВЧ сигнала многокаскадным устройством защиты в широком диапазоне изменения U_вх. Это связано с тем, что выполнение условий (5) обеспечивает последовательное "включение" p-i-n диодов ОУЗ-i (i=1, 2,...) по мере увеличения амплитуды U_вх входного СВЧ сигнала в следующем порядке.

В исходном состоянии при

для всех ОУЗ-i (i=1, 2,...), входящих в состав многокаскадного устройства защиты выполняется условие (4). В результате последовательно соединенные ФВЧ-i (i=1, 2,...) имеют предельно большую полосу пропускания:

а амплитуды U_вх1 входного и U_вых1 выходного СВЧ сигналов многокаскадного устройства защиты удовлетворяют соотношению:

При выполнении условия:

согласно (1) происходит "включение" p-i-n диода ОУЗ-n. При этом вследствие выполнения соотношения (3) изменяется полоса Δf пропускания многокаскадного устройства защиты таким образом, что новое ее значение становится равным:

В результате изменения полосы Δf (10) пропускания многокаскадного устройства защиты устанавливается новое значение амплитуды U_вых2 выходного сигнала, при котором выполняется соотношение:

При выполнении условия:

согласно соотношениям (1) и (5) происходит "включение" p-i-n диодов ОУЗ-n-1 и ОУЗ-n, входящих в состав многокаскадного устройства защиты. При этом вследствие выполнения соотношения (3) изменяется полоса пропускания Δf многокаскадного устройства защиты таким образом, что новое ее значение становится равным:

В результате изменения полосы пропускания Δf (13) многокаскадного устройства защиты устанавливается новое значение амплитуды U_вых3 выходного СВЧ сигнала, при котором выполняется соотношение:

и т.д.

При выполнении условия:

согласно соотношениям (1) и (5) происходит "включение" p-i-n диодов ОУЗ-1, ОУЗ-2,..., ОУЗ-n-1 и ОУЗ-n. При этом вследствие выполнения соотношения (3) изменяется полоса пропускания Δf многокаскадного устройства защиты таким образом, что новое ее значение становится равным:

В результате изменения полосы пропускания Δf (16) многокаскадного устройства защиты устанавливается новое значение амплитуды U_выхn выходного сигнала, при котором выполняется соотношение:

Экспериментально показано, что многокаскадное устройство защиты при использовании в его составе трех ОУЗ с p-i-n диодами типа 2А553А-3 (для ОУЗ-1), 2А553Б-3 (для ОУЗ-2), 2А547А-3 (для ОУЗ-3), имеющими предельно допустимые обратные напряжения U_обр, значения которых приведены в таблице 1 [7], при воздействиях квазимонохроматическими СВЧ сигналами характеризуется зависимостью U_вых=U_вых(U_вх), приведенной на фиг.1. Согласно фиг.1 это устройство защиты обеспечивает защиту ПК РТС от квазимонохроматических МЭМВ большой амплитуды. Так, например, согласно фиг.1 при амплитудах U_вх≤1,5 кВ входного квазимонохроматического СВЧ сигнала с несущей частотой f≈1,5 ГГц устройство обеспечивает постоянство амплитуды U_вых выходного сигнала при U_вых=3,4 В.

Таблица 1Обратные напряжения Uобрp-i-n диодов типа 2А553А-3, 2А553Б-3, 2А547А-3.
Тип p-i-n диода	2А553А-3	2А553Б-3	2А547А-3
Обратные напряжения Uобр [В]	160	70	30

При воздействиях сверхширокополосными (СШП) СВЧ сигналами малой (например, наносекундной) длительности многокаскадное устройство защиты не обеспечивает защиту ПК РТС. Это иллюстрируется фиг.2 и 3, построенными по результатам экспериментальных исследований многокаскадного устройства защиты при n=3 с ОУЗ-i (i=1, 2, 3), использующими бескорпусные p-i-n диоды типа 2А553А-3 (для ОУЗ-1), 2А553Б-3 (для ОУЗ-2), 2А547А-3 (для ОУЗ-3). Согласно осциллограммам фиг.2 и 3 при воздействии на устройство СШП сигналами (фиг.2) с амплитудой Uвх≈125 В на выходе многокаскадного устройства защиты формируется выходной СВЧ сигнал (фиг.3) с амплитудой U_вых≈22,5 В. Увеличение амплитуды U_вых выходного СВЧ сигнала при воздействиях СШП сигналами означает, что на выходе многокаскадного устройства защиты могут формироваться мощные СВЧ сигналы, под действием которых возможно поражение периферийных функциональных узлов (ПФУ) ПК РТС, подключенных к многокаскадным устройствам защиты [4, 5].

Увеличение амплитуды U_вых выходного СВЧ сигнала при воздействиях СШП сигналами на многокаскадное устройство защиты связано со следующим.

Для ОУЗ-i (i=1, 2,...), входящих в состав многокаскадного устройства защиты, можно выделить два характерных режима работы:

- нестационарный режим, при котором происходит "включение" p-i-n диодов ОУЗ-i (i=1, 2,...) и согласно соотношениям (5),..., (17) обеспечивается переход от выполнения условия (4) к выполнению условия (3);

- стационарный режим, при котором выполняется условие (3).

При воздействии СШП сигналом, осциллограмма которого, например, приведена на фиг.2, нестационарный режим работы ОУЗ-i (i=1, 2, 3) протекает в течение времени воздействия первых трех полупериодов входного СВЧ сигнала, имеющих согласно фиг.2 экстремальные значения в моменты времени t=1,44 нс, t=1,68 нс и t=2,02 нс, в течение которых происходит инжекция заряда в i-слой p-i-n-диодов ОУЗ-i (i=1, 2, 3) и, как следствие, уменьшение сопротивления p-i-n-диодов ОУЗ-i (i=1, 2, 3) и полосы Δf пропускания многокаскадного устройства защиты. Это обеспечивает подавление входного СВЧ сигнала, как показано на фиг.6 при t<5,92 нс.

В стационарном режиме работы ОУЗ-i (i=1, 2, 3) устанавливается некоторая конечная полоса пропускания Δf УЗ, удовлетворяющая, например, условию (16) при выполнении условия (15). Вследствие этого возможны эффекты ударного возбуждения ОУЗ-i (i=1, 2,...) под действием четвертого полупериода сигнала, имеющего экстремальное значение при t=2,44 нс (фиг.2). Это приводит к увеличению амплитуды выходного СВЧ сигнала (см., например, полупериод осциллограммы фиг.3 при t=6,54 нс) и, как следствие, к увеличению амплитуды результирующего выходного СВЧ сигнала, формируемого многокаскадным устройством защиты при воздействиях СШП сигналами.

Таким образом, ОУЗ при использовании в составе многокаскадного устройства защиты полностью определяют их свойства, а совершенствование их имеет большое практическое значение не только для самостоятельного их использования в качестве устройств защиты ПК РТС от МЭМВ, но и для совершенствования известных многокаскадных устройств защиты.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому однокаскадному устройству защиты ПК РТС является устройство, входящее в состав многокаскадных устройств защиты лестничного типа. Структурная схема такого устройства приведена в [2].

Данное устройство предназначено для защиты ПК РТС самостоятельно либо в составе многокаскадных устройств защиты от квазимонохроматических входных СВЧ сигналов и включает в себя последовательно соединенные индуктивность ввода и индуктивность вывода, нулевую шину и p-i-n диод, включенный между точкой соединения индуктивности ввода и индуктивности вывода и нулевой шиной в прямом (или обратном) направлении, СВЧ вход, образованный свободным выводом индуктивности ввода и нулевой шиной, СВЧ выход, образованный свободным выводом индуктивности вывода и нулевой шиной, и резистор нагрузки, подключенный к СВЧ выходу.

Использование в данном устройстве последовательно соединенных индуктивности ввода и индуктивности вывода, нулевой шины и p-i-n диода, включенного между точкой соединения индуктивности ввода и индуктивности вывода и нулевой шиной в прямом (или обратном) направлении обеспечивает регулировку затухания, вносимого в тракт распространения СВЧ сигнала, поскольку при изменении сопротивления p-i-n диода под действием входного СВЧ сигнала изменяется полоса пропускания устройства таким образом, что при уменьшении сопротивления p-i-n диода уменьшается полоса пропускания устройства [2]. В результате вносится затухание в тракт распространения СВЧ сигнала.

Устройство не обеспечивает защиту ПК РТС от СШП МЭМВ, поскольку в течение времени переходных процессов, сравнимых либо превышающих длительность СШП МЭМВ при малой полосе пропускания устройства создаются условия для ударного возбуждения устройства под действием СШП МЭМВ. В результате при СШП МЭМВ на выходе устройства формируются мощные СШП сигналы, под действием которых возможно поражение ПФУ ПК РТС, подключаемых к выходу однокаскадного устройства защиты (ОУЗ) [4, 5].

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение области применения ОУЗ путем обеспечения затухания СВЧ сигнала при СШП МЭМВ.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется описанием конкретных, но не ограничивающих настоящее изобретение вариантов выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых приведены:

- фиг.1 - график зависимости амплитуды выходного СВЧ сигнала от амплитуды входного СВЧ сигнала многокаскадного устройства защиты;

- фиг.2 - осциллограмма СВЧ сигнала, воздействующего на многокаскадное устройство защиты;

- фиг.3 - осциллограмма выходного СВЧ сигнала U_вых(t) многокаскадного устройства защиты при входном воздействии СВЧ сигналом фиг.2;

- фиг.4 - структурная схема ОУЗ по п.1 формулы изобретения;

- фиг.5 - графики, поясняющие работу ОУЗ фиг.4;

- фиг.6 - структурная схема ОУЗ (случай перехода из режима "включения" в режим "выключения");

- фиг.7 - осциллограмма выходного СВЧ сигнала u_вых(t) многокаскадного устройства защиты с ОУЗ, построенным согласно фиг.4, при воздействии входным СВЧ сигналом фиг.2;

- фиг.8 - осциллограмма фиг.7 при другом масштабе времени;

- фиг.9 - структурная схема ОУЗ по п.2 формулы изобретения;

- фиг.10 - графики, поясняющие работу ОУЗ фиг.9;

- фиг.11 - структурная схема ОУЗ по п.3 формулы изобретения;

- фиг.12 - графики, поясняющие работу ОУЗ фиг.11;

- фиг.13 - структурная схема ОУЗ по п.4 формулы изобретения;

- фиг.14 - графики, поясняющие работу ОУЗ фиг.13;

- фиг.15 - структурная схема ОУЗ по п.5 формулы изобретения;

- фиг.16 - графики, поясняющие работу ОУЗ фиг.15.

Решение задачи по п.1 формулы изобретения обеспечивается тем, что в известное однокаскадное устройство защиты, содержащее последовательно соединенные индуктивность ввода и индуктивность вывода, нулевую шину и p-i-n диод, включенный между точкой соединения индуктивности ввода и индуктивности вывода и нулевой шиной в прямом (или обратном) направлении; СВЧ вход, образованный свободным выводом индуктивности ввода и нулевой шиной; СВЧ выход, образованный свободным выводом индуктивности вывода и нулевой шиной; и резистор нагрузки, подключенный к СВЧ выходу, введены следующие совершенствования.

Параллельно последовательно соединенным индуктивности ввода и индуктивности вывода подключаются другие последовательно соединенные индуктивность ввода и индуктивность вывода, между точкой соединения которых и нулевой шиной подключается другой p-i-n диод в обратном (или прямом) направлении; при этом тип другого p-i-n диода выбирается соответствующим типу p-i-n диода известного устройства, а параметры индуктивности ввода и индуктивности вывода и других индуктивности ввода и индуктивности вывода выбираются одинаковыми.

Сущность предлагаемого изобретения по п.1 формулы изобретения заключается в следующем.

В заявляемом устройстве в отличие от прототипа дополнительно введены другие последовательно соединенные индуктивность ввода и индуктивность вывода, между точкой соединения которых и нулевой шиной подключается другой p-i-n диод в обратном (или прямом) направлении; при этом последовательно соединенные индуктивность ввода и индуктивность вывода и последовательно соединенные другие индуктивность ввода и индуктивность вывода включены параллельно друг другу.

В результате формируется дополнительная цепь воздействия, исключающая возникновение ударного возбуждения при переходе устройства из нестационарного режима в стационарный режим работы устройства.

Сущность предлагаемого изобретения по п.1 формулы изобретения поясняется описанием конкретных, но не ограничивающих настоящее изобретение вариантов выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых приведены:

- фиг.4 - структурная схема ОУЗ по п.1 формулы изобретения;

- фиг.5 - графики, поясняющие работу ОУЗ фиг.4;

- фиг.6 - структурная схема ОУЗ (случай перехода из режима "включения" в режим "выключения");

- фиг.7 - осциллограмма выходного СВЧ сигнала u_вых(t) многокаскадного устройства защиты с ОУЗ, построенными согласно фиг.4, при воздействии входным СВЧ сигналом фиг.2;

- фиг.8 - осциллограмма фиг.7 при другом масштабе времени.

ОУЗ содержит (фиг.4) последовательно соединенные индуктивность 1 ввода и индуктивность 2 вывода, между точкой 3 соединения которых и нулевой шиной 5 подключается p-i-n диод 4 в прямом (или обратном) направлении; другие последовательно соединенные индуктивность 6 ввода и индуктивность 7 вывода, между точкой 13 соединения которых и нулевой шиной 5 подключается другой p-i-n диод 9 в обратном (или прямом) направлении; СВЧ вход 10, образованный общей точкой 8 индуктивности 1 ввода и другой индуктивности 6 ввода и нулевой шиной 5; СВЧ выход 11, образованный точкой 14 соединения индуктивности 2 вывода и другой индуктивности 7 и нулевой шиной 5; резистор нагрузки 12, подключенный к СВЧ выходу 11; при этом последовательно соединенные индуктивность 1 ввода и индуктивность 2 вывода и последовательно соединенные другая индуктивность 6 ввода и другая индуктивность 7 вывода соединены параллельно.

Согласно фиг.4 в составе ОУЗ можно выделить три цепи воздействия СВЧ входного сигнала u_вх(t) на p-i-n диоды 4 и 9:

- цепь "точка 8, подключенная к СВЧ входу 10 - индуктивность 1 ввода - p-i-n диод 4 - нулевая шина 5, подключенная к СВЧ входа 10"; в дальнейшем эту цепь будем называть цепью воздействия первого типа;

- цепь "точка 8, подключенная к СВЧ входу 10 - другая индуктивность 6 ввода - другой p-i-n диод 9 - нулевая шина 5, подключенная к СВЧ входу 10"; в дальнейшем эту цепь будем называть цепью воздействия второго типа;

- цепь, соответствующая параллельному соединению двух цепей:

- цепи "точка 8, подключенная к СВЧ входу 10 - индуктивный мост, образованный индуктивностью 1 ввода, индуктивностью 2 вывода, другой индуктивностью 6 ввода и другой индуктивностью 7 вывода, - точка 14 индуктивного моста - резистор 12 нагрузки - нулевая шина 5, подключенная к СВЧ выходу 11";

- цепи "точка 3 индуктивного моста - p-i-n диод 4 - другой p-i-n диод 9 - точка 13 индуктивного моста";

в дальнейшем эту цепь будем называть цепью воздействия третьего типа.

При воздействии на СВЧ вход 10 СВЧ сигнала u_вх(t) (фиг.4) на p-i-n диодах 4 и 9 формируются токи по цепям воздействия:

- первого и третьего типа на p-i-n диод 4;

- второго и третьего типа на p-i-n диод 9.

Эти токи обусловливают формирование некоторых результирующих токов i₄(t) и i₉(t), протекающих соответственно через p-i-n диоды 4 и 9 (фиг.4) и равных согласно закону Кирхгофа:

где i₄₁(t) - ток p-i-n диода 4, формируемый при воздействии на p-i-n диод 4 СВЧ сигналом u_вх(t) через цепь первого типа; i₉₂(t) - ток другого p-i-n диода 9, формируемый при воздействии на другой p-i-n диод 9 СВЧ сигналом u_вх(t) через цепь второго типа; i₃(t) - ток p-i-n диодов 4 и 9, формируемый при воздействии на p-i-n диоды 4 и 9 СВЧ сигналом u_вх(t) через цепь третьего типа.

При этом устройство работает следующим образом.

Пусть на СВЧ вход 10 поступает СВЧ сигнал u_вх(t), график которого соответствует фиг.5.А.

Согласно фиг.5.А при t≤0 p-i-n диоды 4 и 9 находятся в состоянии "выключения", при котором выполняется условие (4), а вследствие этого цепи воздействия первого, второго и третьего типа являются широкополосными.

Согласно фиг.5.А в течение времени 0<t≤t₁ (времени действия первого полупериода СВЧ сигнала u_вх(t)) СВЧ сигнал u_вх(t)>0. Этот сигнал формирует некоторый результирующий ток i₄(t) (18). При этом основная роль в формировании тока i₄(t) (18) принадлежит составляющей i₄₁(t). Это связано с тем, что в состав цепи третьего типа входит p-i-n диод 9, сопротивление которого в течение времени действия первого полупериода СВЧ сигнала u_вх(t) остается большим. Согласно (18) это означает, что в течение времени 0<t≤t₁ (времени действия первого полупериода СВЧ сигнала u_вх(t)) можно полагать выполненным следующее равенство:

i₄(t)≈i₄₁(t)

и ограничиться рассмотрением результата воздействия на устройство входного СВЧ сигнала u_вх(t) через цепь воздействия первого типа.

Согласно фиг.4 входной СВЧ сигнал u_вх(t), воздействуя на p-i-n диод 4 через цепь воздействия первого типа уменьшает его сопротивление. При этом формируется составляющая тока i₄₁(t), обеспечивающая передачу переменного напряжения на СВЧ выход 11 устройства по цепи "положительный вывод p-i-n диода 4 - индуктивность 2 вывода - резистор 12 нагрузки - нулевая шина 5 - отрицательный вывод p-i-n диода 4".

В результате в течение времени 0<t≤t₁ (времени действия первого полупериода СВЧ сигнала u_вх(t)):

- на СВЧ выходе 11 устройства формируется напряжение u₄(t), временная реализация которого приведена на фиг.5.Б;

- полоса пропускания Δf цепи воздействия первого типа становится узкой, так что при наличии широкополосных цепей второго и третьего типа работа цепи первого типа при воздействии второго полупериода СВЧ сигнала u_вх(t), формируемого согласно фиг.5.А в течение времени t₁<t≤t₂, практически исключается.

Согласно фиг.5.А в течение времени t₁<t≤t₂ (время действия второго полупериода СВЧ сигнала u_вх(t) СВЧ сигнал u_вх(t)<0. Этот сигнал формирует некоторый результирующий ток i₉(t) (19). При этом роль составляющих i₉₂(t) и i₃(t) в формировании тока i₉(t) (19) перераспределяется по времени. Это связано с тем, что в состав цепи третьего типа входит другой p-i-n диод 9, сопротивление которого до перехода в состояние "включение" остается большим. Согласно (19) это означает, что в течение времени t₁<t≤t₂ (время действия второго полупериода СВЧ сигнала u_вх(t)) можно полагать выполненным следующее равенство:

После перехода другого p-i-n диода 9 в состояние "включения", при котором выполняется условие (3), сопротивление цепи второго типа падает. В результате происходит нарушение условия (20), а в формировании тока i₉(t) (19) роль составляющей i₃(t) может оказаться существенной.

В дальнейшем ограничимся рассмотрением ситуации, при которой равенство (20) выполняется, а основная роль в формировании тока i₉(t) принадлежит цепи воздействия второго типа.

В этом случае входной СВЧ сигнал u_вх(t) через цепь воздействия второго типа, переводит p-i-n диод 9 в состояние "включения". При этом сопротивление p-i-n диода 9 уменьшается, а на нем формируется переменное напряжение. Это напряжение по цепи "положительный вывод другого p-i-n диода 9 - нулевая шина 5 - резистор 12 нагрузки - потенциальная шина СВЧ выхода 11 - другая индуктивность 7 выхода - отрицательный вывод другого p-i-n диода 9" передается на СВЧ выход 11 устройства.

В результате в течение времени t₁<t≤t₂ (время действия второго полупериода СВЧ сигнала u_вх(t)):

- на СВЧ выходе 11 устройства формируется напряжение u₉(t), график временной реализации которого приведен на фиг.5.В;

- полоса пропускания Δf цепи воздействия второго типа становится узкой, так что при наличии широкополосной цепи третьего типа работа цепи второго типа при воздействии третьего полупериода СВЧ сигнала, формируемого согласно фиг.5.А в течение времени t₂<t≤t₃, практически исключается.

Уменьшение полосы пропускания Δf цепи воздействия первого и второго типа, переход p-i-n диодов 4 и 9 в состояние "включения", при котором выполняется условие (3), означает следующее.

1. Уменьшение составляющих i₄₁(t) и i₉₂(t) токов i₄(t) (18) и i₉(t) (19) при воздействиях третьего, четвертого и т.д. полупериодов входного СВЧ сигнала u_вх(t).

2. Увеличение составляющей i₃(t) токов i₄(t) (18) и i₉(t) (19) при воздействиях третьего, четвертого и т.д. полупериодов входного СВЧ сигнала u_вх(t).

В целом это означает, что при работе устройства в течение времени воздействия третьего, четвертого и т.д. полупериодов входного СВЧ сигнала u_вх(t) можно полагать выполненным следующее равенство:

Соотношение (21) означает, что основную роль в работе устройства, начиная с момента воздействия третьего полупериода (при t>t₂) входного СВЧ сигнала u_вх(t) (фиг.5.А), играет цепь воздействия третьего типа.

В дальнейшем ограничимся рассмотрением работы устройства при воздействии на него третьего полупериода входного СВЧ сигнала u_вх(t).

Согласно фиг.5.А в течение времени t₂<t≤t₃ (время действия третьего полупериода СВЧ сигнала u_вх(t)) СВЧ сигнал u_вх3(t)>0. Этот сигнал формирует между точками 3 и 13 индуктивного моста напряжение u_вх3(t) (см. фиг.5.Г). Это напряжение воздействует на p-i-n диоды 4 и 9. При этом вследствие выполнения условия однотипности p-i-n диодов 4 и 9 на p-i-n диоде 4 формируется переменное напряжение:

на другом p-i-n диоде 9 формируется переменное напряжение:

при условии отсчета напряжений u₄₃(t) (22) и u₉₃(t) (23) относительно нулевой шины 5.

Переменные напряжения u₄₃(t) (22) и u₉₃(t) (23) создают токи i₄₃(t) и i₉₃(t) (фиг.4) соответственно в цепях:

- "положительный вывод p-i-n диода 4 - точка 3 индуктивного моста - индуктивность 2 вывода - точка 14 индуктивного моста - резистор 12 нагрузки - нулевая шина 5, подключенная к СВЧ выходу 11 - нулевая шина 5, подключенная к отрицательному выводу p-i-n диода 4";

- "положительный вывод другого p-i-n диода 9 - нулевая шина 5, подключенная к положительному выводу другого p-i-n диода 9 - нулевая шина 5, подключенная к СВЧ выходу 11 - резистор 12 нагрузки - точка 14 индуктивного моста - другая индуктивность 7 вывода - точка 13 индуктивного моста - отрицательный вывод другого p-i-n диода 9".

Согласно фиг.4 токи i₄₃(t) и i₉₃(t) имеют противоположное направление и вследствие выполнения соотношений (22) и (23) равны по величине. Это означает, что при протекании через резистор 12 нагрузки токи i₄₃(t) и i₉₃(t) компенсируют друг друга, а на СВЧ выходе 11 формируется выходное напряжение:

Продолжая исследования, подобные проведенным, для интервалов времени, на которых формируется четвертый полупериод, пятый полупериод, шестой полупериод и т.д. входного СВЧ сигнала u_вх(t) при t>t₃, можно показать, что условие (24) выполняется при работе устройства в стационарном режиме, при котором для p-i-n диода 4 и другого p-i-n диода 9 одновременно выполняется условие (3), а p-i-n диоды 4 и 9 находятся в состоянии "включения".

При работе устройства в стационарном режиме при t>t₂ на p-i-n диодах 4 и 9 действуют постоянные напряжения. Это обеспечивает накопление на индуктивностях 1, 2, 6 и 7 индуктивного моста энергии постоянного напряжения и приводит к следующему.

После завершения воздействия на устройство СВЧ входного сигнала u_вх(t) (при t≥t₄; фиг.5) происходит восстановление состояния "выключения" p-i-n диодов 4 и 9. В результате p-i-n диоды 4 и 9 приобретают емкостные свойства, а структурная схема устройства 4 преобразуется к виду, показанному на фиг.6.

Согласно схеме фиг.6 преобразование p-i-n диода 4 и другого p-i-n диода 9 в емкостные элементы 4-1 и 9-1 означает появление в устройстве колебательного контура, образованного индуктивностью ввода 1, индуктивностью вывода 2, другой индуктивностью ввода 6, другой индуктивностью вывода 7 и емкостными элементами 4-1 и 9-1 p-i-n диодов 4 и 9. При этом наличие между точками 3 и 13 включения этого колебательного контура постоянного напряжения (фиг.6) приводит к появлению в нем колебательного процесса. Формируемое при этом между точками 3 и 13 индуктивного моста переменное напряжение передается с помощью индуктивного моста в цепь, включенную между точкам 8 и 14. В результате формируется переменный ток i_п(t), протекающий в цепи (фиг.6) "точка 14 индуктивного моста - сопротивление 12 нагрузки - нулевая шина 5, подключенная к СВЧ входу 10 устройства - потенциальная шина СВЧ входа 10 устройства - точка 8 индуктивного моста - параллельное соединение последовательно включенных индуктивности ввода 1, индуктивностью вывода 2 и другой индуктивности ввода 6, другой индуктивностью вывода 7". Под действием этого тока на сопротивлении 12 нагрузки формируется переменное напряжение u_к(t), которое совместно с сигналами, приведенными на фиг.5.Б и фиг.5.В, формирует результирующий выходной сигнал u_вых(t), иллюстрируемый графиком фиг.5.Д.

В дальнейшем переменное напряжение u_к(t) будем называть напряжением последействия.

Справедливость приведенного описания работы устройства по п.1 формулы изобретения была проверена экспериментально. Для этого были разработаны и испытаны устройства защиты лестничного типа при использовании в них трех ОУЗ с p-i-n диодами типа 2А553А-3 (для ОУЗ-1), 2А553Б-3 (для ОУЗ-2), 2А547А-3 (для ОУЗ-3), построенных согласно структурной схеме фиг.4. При этом были определены осциллограммы выходного сигнала u_вых(t), формируемые устройством на СВЧ выходе 11 при воздействиях на них СВЧ сигналом u_вх(t), осциллограмма которого приведена на фиг.2. Осциллограммы u_вых(t) приведены на фиг.7 и фиг.8.

Сравнение графика временной реализации выходного сигнала u_вых(t) (фиг.5.Д), построенного при рассмотрении работы устройства, и осциллограмм фиг.7 и фиг.8, полученных экспериментальным путем, позволяют сделать вывод об их совпадении, существо которого сводится к следующему.

1. После перехода устройства в стационарный режим работы (после формирования первых двух полупериодов выходного сигнала u_вых(t), имеющих экстремальные значения при t=6,66 нс (первый полупериод) и t=6,92 нс (второй полупериод)) выходной сигнал u_вых(t) удовлетворяет условию (24).

2. После прекращения воздействия на устройство (согласно осциллограмме фиг.7 при t≈9,9 нс) на его выходе формируется сигнал последействия u_к(t). Осциллограмма этого сигнала приведена на фиг.8, соответствующей осциллограмме фиг.7, построенной в другом масштабе времени.

Сравнение осциллограмм выходных напряжений u_вых(t), приведенных на фиг.3, фиг.7 и фиг.8, позволяет сделать вывод, что применение устройства фиг.4 обеспечивает существенное уменьшение амплитуды выходного сигнала u_вых(t), формируемого устройством фиг.4, по сравнению с его прототипом. Так согласно фиг.7 и 8 устройство фиг.4 формирует амплитуду выходного сигнала u_вых(t)˜6 В, а согласно фиг.3 прототип формирует амплитуду выходного сигнала u_вых(t)˜22,5 В при одном и том входном сигнале u_вх(t), осциллограмма которого приведена на фиг.2.

Это позволяет считать, что ОУЗ фиг.4 в отличие от известных устройств обеспечивает затухания СВЧ сигнала при СШП МЭМВ на ПК РТС и по этой причине может использоваться в качестве устройства защиты ПК РТС от МЭМВ как самостоятельно, так и в составе многокаскадных устройств лестничного типа.

Устройство фиг.4 (по п.1 формулы изобретения) в интересах решения задачи изобретения может быть усовершенствовано согласно п.2 формулы изобретения.

Решение задачи по п.2 формулы изобретения обеспечивается тем, что в устройство по п.1 формулы изобретения, содержащее последовательно соединенные индуктивность ввода и индуктивность вывода; другие последовательно соединенные индуктивность ввода и индуктивность вывода, подключенные параллельно к последовательно соединенным индуктивности ввода и индуктивности вывода; нулевую шину, p-i-n диод, включенный между точкой соединения индуктивности ввода и индуктивности вывода и нулевой шиной в прямом (или обратном) направлении; другой p-i-n диод, включенный между точкой соединения других индуктивности ввода и индуктивности вывода и нулевой шиной в обратном (или прямом) направлении; СВЧ вход, образованный свободным выводом индуктивности ввода и нулевой шиной; СВЧ выход, образованный свободным выводом индуктивности вывода и нулевой шиной, и резистор нагрузки, подключенный к СВЧ выходу; при этом тип другого p-i-n диода выбирается соответствующим типу p-i-n диода, параметры индуктивности ввода и индуктивности вывода и других индуктивности ввода и Индуктивности вывода выбираются одинаковыми, введены следующие совершенствования.

Величины индуктивности ввода и индуктивности вывода и других индуктивности ввода и индуктивности вывода выбираются таким образом, чтобы частоты f_к спектра напряжения, формируемого колебательным контуром, образованным индуктивностью ввода и индуктивностью вывода, другой индуктивностью ввода и другой индуктивностью вывода и емкостями p-i-n диода и другого p-i-n диода, работающих в режиме последействия, удовлетворяли бы одному из следующих соотношений:

либо

а к СВЧ выходу устройства подключается полосно-пропускающий фильтр, имеющий полосу пропускания в пределах частот f_min,..., f_max, соответствующих рабочему диапазону частот ПК РТС; при этом выход полосно-пропускающего фильтра используется в качестве другого СВЧ выхода устройства.

Сущность предлагаемого изобретения по п.2 формулы изобретения заключается в следующем.

В заявляемом устройстве в отличие от прототипа (устройства по п.1 предмета изобретения) дополнительно использован полосно-пропускающий фильтр, имеющий полосу пропускания в пределах частот f_min,... f_max, соответствующих рабочему диапазону частот ПК РТС. При этом индуктивность ввода, индуктивность вывода, другая индуктивность ввода и другая индуктивность вывода выбираются таким образом, чтобы выполнялось одно из условий (25) и (26). В результате колебательным контуром, образованным индуктивностью ввода, индуктивности вывода, другой индуктивностью ввода, другой индуктивности вывода, емкостью p-i-n диода и емкостью другого p-i-n диода формируется переменное напряжение последействия, частоты f_к спектра которого находятся за пределами рабочих частот f_min,..., f_max, соответствующих рабочему диапазону частот ПК РТС. Это обеспечивает подавление устройством напряжения по