DE69022272T2 - Hochfrequenz-Limiterschaltung. - Google Patents

Hochfrequenz-Limiterschaltung.

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DE69022272T2
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G11/00Limiting amplitude; Limiting rate of change of amplitude ; Clipping in general
    • H03G11/02Limiting amplitude; Limiting rate of change of amplitude ; Clipping in general by means of diodes
    • H03G11/025Limiting amplitude; Limiting rate of change of amplitude ; Clipping in general by means of diodes in circuits having distributed constants

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  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)
  • Circuits Of Receivers In General (AREA)
  • Input Circuits Of Receivers And Coupling Of Receivers And Audio Equipment (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-Begrenzerschaltung mit:
  • einem Hochfrequenz-Leistungsteiler, der einen Eingang und eine Mehrzahl von Ausgängen aufweist;
  • einer entsprechenden Anzahl von Dioden, von denen jede mit einer ersten Elektrode an einen entsprechenden der Mehrzahl von Ausgängen des Leistungsteilers, und mit einer zweiten Elektrode an ein Bezugspotential angeschlossen ist; und
  • einem Hochfrequenz-Leistungskombinierer, der einen Ausgang und eine Mehrzahl von Eingängen aufweist, von denen jeder an einem entsprechenden der Ausgänge des Leistungsteilers angeschlossen ist, wobei der Leistungsteiler einen an seinen Eingang angeschlossenen Eingangsübertragungsleitungsabschnitt aufweist und der Leistungskombinierer einen an seinen Ausgang angeschlossenen Ausgangsübertragungsleitungsabschnitt aufweist.
  • Wie in der Technik bekannt werden Hochfrequenz-Energiebegrenzerschaltungen in einer breiten Vielfalt von Anwendungsfällen eingesetzt. Eine Art einer Begrenzerschaltung enthält eine p-i-n-Diode, die im Nebenschluß an einer Übertragungsleitung liegt. In vielen Fällen ist eine Induktivität parallel zu der Diode geschaltet. Wenn die der Übertragungsleitung zugeführte Leistung ansteigt, so nimmt der effektive Widerstand (d.h., der Parallelwiderstand Rs) der Diode von einem Zustand hohen Widerstandes (wobei im Idealfall die der Übertragungsleitung zugeführte Leistung zum Ausgang der Übertragungsleitung unabgeschwächt durchläuft) auf einen Zustand niedrigen Widerstandes ab (wobei im Idealfall die der Übertragungsleitung zugeführte Leistung zum Eingang der Übertragungsleitung reflektiert wird, um die Größe der Leistung zu begrenzen, die zu dem Ausgang des Begrenzers gelangt). Die Aufgabe der Induktivität ist es, während des Zustandes hohen Widerstandes einen Entladungsweg für Ladung zu bieten, die in dem "i"-Bereich oder im in-trinsischen Bereich der p-i-n- Diode während einer vorausgehenden Zeit gespeichert wurde, als sich die Diode im Zustand niedrigen Widerstandes befand.
  • In vielen Anwendungsfällen müssen solche Begrenzer bei verhältnismäßig hohen Leistungsniveaus betrieben werden. Hier müssen die Durchbruchsspannungen der p-i-n-Dioden entsprechend ansteigen. Diese Erhöhung der Durchbruchsspannung wird charakteristischer Weise durch Erhöhung des Volumens des intrinsischen Bereiches der p-i-n-Diode erreicht. Bekanntermaßen aber verschlechtern sich, wenn das Volumen des intrinsischen Bereiches vergrößert wird, die von der Diode geforderten Eigenschaften hinsichtlich niedriger Impedanz. Das bedeutet, daß, wenn das Volumen des intrinsischen Bereiches zunimmt, der minimale Nebenschlußwiderstand, der für die Diode während des Betriebszustandes bei hohem Leistungsniveau erzielbar ist, den Wert überschreiten kann, der für den besonderen Anwendungsfall des Begrenzers erforderlich ist.
  • Eine Technik, welche zur Erhöhung der Fähigkeit der Diode zur Handhabung von Leistung eingesetzt wird, ist die Verwendung von zwei p-i-n-Dioden, welche beide parallel an die Übertragungsleitung geschaltet sind, jedoch an Punkten längs der Übertragungsleitung an diese angeschlossen sind, welche voneinander durch eine Viertelwellenlänge getrennt sind. Hier hat die Diode, welche nächst dem Eingang des Begrenzers angeschlossen ist, eine höhere Durchbruchsspannungseigenschaft als die Diode, welche nächst dem Ausgang des Begrenzers angeschlossen ist. Bei niedrigen Leistungswerten bieten beide Dioden praktische Zustände hohen Parallelwiderstandes, so daß im wesentlichen die ganze Eingangsleistung zu dem Ausgang des Begrenzers durchläuft. Wenn jedoch die Eingangsleistung ansteigt, kann, während die nächst dem Eingang des Begrenzers angeschlossene Diode einen Zustand etwas höheren Widerstandes aufgrund ihres größeren Volumens des intrinsischen Bereiches aufrechterhält, die nächst dem Ausgang des Begrenzers angeschlossene Diode ihren Widerstand aufgrund des geringeren Volumens ihres intrinsischen Bereiches beträchtlich herabsetzen lassen und dadurch den Begrenzungsvorgang beginnen. Weiter erzeugt der erniedrigte Widerstand der letztgenannten Diode eine niedrige Spannung, welche als hohe Spannung zurück zur erstgenannten Diode aufgrund der Viertelwellenlängen-Übertragungsleitung reflektiert wird, welche die beiden Dioden trennt. Die erste Diode wird so durch zwei Effekte in einen Zustand niedrigeren Widerstandes gebracht: Zum einen ist die Diode einer Erhöhung der Eingangsleistung zum Begrenzer ausgesetzt und zum anderen treibt die höhere Spannung, welche zu ihr hin durch die zweite Diode reflektiert wird, sie in einen leitenden Zustand niedrigeren Widerstandes. Für Anwendungsfälle bei hoher Leistung kann daher die erste Diode, welche einen vergrößerten intrinsischen Bereich hat, höhere Leistungswerte handhaben und die einhergehenden uneffektiven Eigenschaften niedrigen Widerstandes dieser ersten Diode werden praktisch durch die Verwendung der zweiten, einen kleinen intrinsischen Bereich aufweisenden Dioden kompensiert, welche den erforderlichen Zustand niedrigen Widerstandes erzeugt.
  • In einigen Anwendungen bei hoher Leistung ist es notwendig, die Fähigkeit zur Handhabung von Leistungen der oben erwähnten ersten Diode (d.h., der Diode, welche nächst dem Eingang des Begrenzers angeschlossen ist), weiter zu verbessern. Hier wird eine zweite, hohe Durchbruchspannung aufweisende Diode parallel mit der ersten Diode am selben Punkt in der Übertragungsleitung angeschlossen. Während die Verwendung von im Nebenschluß geschalteten Dioden an demselben Punkt der Übertragungsleitung tatsächlich die für jede der Dioden erforderliche Leistungsfähigkeit herabsetzt, wird die Betriebsdämpfung des Begrenzers entsprechend erhöht. Diese Erhöhung der Betriebsdämpfung ist der Tatsache zuzuordnen, daß der intrinsische Bereich jeder Diode praktisch eine Kapazität parallel zu der Übertragungsleitung darstellt. Wenn also zusätzliche Dioden parallelgeschaltet werden, so erhöht sich die Kapazität an der Übertragungsleitung. Da es wünschenswert ist, daß die Eingangsimpedanz zum Begrenzer an die Impedanz der Quelle der Hochfrequenzenergie oder -leistung angepaßt ist, welche dem Begrenzer zugeführt wird, muß eine Anpassungsschaltung vorgesehen sein. Wenn jedoch die Kapazität aufgrund der Verwendung zusätzlicher parallel geschalteter Dioden wächst, nimmt die Kompliziertheit der Anpassungsschaltung zu und in entsprechender Weise nehmen die Betriebsbandbreite und die maximale Betriebsfrequenz des Begrenzers ab, wodurch die Verwendbarkeit des Begrenzers eingeschränkt wird.
  • In der Veröffentlichung mit dem Titel "Understanding M/W Limiter Modules and Components" von B. Siegal und M. Litchfiled ist auf den Seiten 59 bis 62 von Microwave Journal, Band 19, Nr. 3, März 1976, eine Hochfrequenz-Begrenzerschaltung der eingangs oben definierten Art beschrieben, in welcher die genannten Dioden zwei p-i-n-Dioden sind, wobei der Leistungsaufteiler zwei Ausgänge und der Leistungskombinierer zwei Eingänge hat. Der Leistungsteiler besteht aus einem Abschnitt einer Mikrostreifen-Übertragungsleitung, deren eines Ende über zwei getrennt befestigte Leitungen mit den jeweiligen Anoden der Dioden verbunden ist. Der Leistungskombinierer besteht aus einem weiteren Abschnitt einer Mikrostreifen-Übertragungsleitung, deren eines Ende durch zwei gesondert befestigte Leitungen an die jeweiligen Anoden der Dioden angeschlossen ist. Die Übertragungsleitungsabschnitte und die Dioden sind in einer Modulpackung mit dicht abgeschlossenen 50-Ω-Hochfrequenzeingangs- und Ausgangsanschlüssen entsprechend den jeweiligen freien Enden des Leistungsteiler-Leitungsabschnittes und des Leistungskombinierer-Leitungsabschnittes vorgesehen. Eine Leitungsverbindungs- Induktivität ist an jeder der Leitungen vorhanden.
  • Vor diesem Hintergrund der Erfindung ist es daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Hochfrequenz-Begrenzerschaltung zu schaffen.
  • Es ist ein weiters Ziel dieser Erfindung, eine Hochfrequenz-Begrenzerschaltung vorzusehen, welche verbesserte Hochleistungseigenschaften hat.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Hochfrequenzbegrenzer zu schaffen, der bei hohen Leistungspegeln über eine verhältnismäßig große Bandbreite hin betrieben werden kann.
  • Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Hochfrequenz-Begrenzerschaltung zu schaffen, die bei hoher Leistung über ein breites Frequenzband betrieben werden kann und eine verhältnismäßig kleine Betriebsdämpfung hat.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Hochfrequenz- Begrenzerschaltung der zuvor eingangs definierten Art dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsteiler eine Mehrzahl von Ausgangsübertragungsleistungabschnitten aufweist, die jeweils mit seinen Ausgängen verbunden sind, und daß der Leistungskombinierer eine entsprechende Mehrzahl von Eingangsübertragungsleitungsabschnitten aufweist, die jeweils mit seinen Eingängen verbunden sind.
  • Bei einer solchen Anordnung ist die Betriebsdämpfung eines derartigen Begrenzers im Vergleich zu einem Begrenzer mit einer gleichen Anzahl von Dioden, die im Nebenschluß an einem gemeinsamen Punkt einer einzigen Übertragungsleitung angeschlossen sind, vermindert. Die verminderte Betriebsdämpfung bedeutet daher, daß die Impedanzanpassungsschaltung, welche erforderlich ist, nicht die maximale Betriebsfrequenz in einem Maße begrenzt, wie eine Impedanzanpassungsschaltung gleicher Kompliziertheit, die für einen Begrenzer mit der gleichen Anzahl von Dioden, jedoch unter Verwendung einer einzigen Übertragungsleitung, erforderlich ist, die maximale Betriebsfrequenz begrenzt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie diese selbst erschließen sich dem Verständnis noch umfassender aus der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen, in welchen:
  • Fig. 1A u. 1B vereinfachte schematische Schaltbilder zeigen, welche für einen Vergleich der Betriebsdämpfung der Begrenzerschaltung und der Leistungsvernichtung in Dioden nützlich ist, die in der Begrenzerschaltung nach der vorliegenden Erfindung bzw. nach dem Stand der Technik verwendet werden;
  • Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer Hochfrequenz-Begrenzerschaltung gemäß der Erfindung zeigt; und
  • Fig. 3 eine Querschnitts-Seitenansicht in etwas verzerrter Darstellung eines Teiles der Begrenzerschaltung nach Fig. 2 zeigt, wobei die Verbindung einer Diode, die in einer solchen Schaltung Verwendung findet, mit einer Packung für eine solche Schaltung gezeigt ist.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Es sei nun auf Fig. 1A Bezug genommen. Hier ist eine Hochfrequenzenergie-Begrenzerschaltung 10 gezeigt, welche einen Leistungsteiler 12 enthält, vorliegend einen 2: 1-Leistungsteiler mit einem Eingangsübertragungsleitungsabschnitt 14, der an einen Eingangsanschluß 16 gelegt ist, und einer Anzahl von vorliegend zwei Ausgangsübertragungsleitungsabschnitten 18a und 18b. Jeder der Ausgangsübertragungsleitungsabschnitte 18a und 18b ist an den Verbindungspunkten 19a bzw. 19b mit einer Diode 20a bzw. 20b in der dargestellten Weise abgeschlossen. Die Dioden 20a und 20b sind p-i-n- Dioden mit im wesentlichen angepaßten Impedanzen mit dem Ergebnis, daß Leistung, die dem Eingangsanschluß 16 des Leistungsteilers 12 zugeführt wird, im wesentlichen gleich zwischen den Ausgangsübertragungsleitungsabschnitten 18a und 18b aufgeteilt wird. Ein Leistungskombinierer 22, vorliegend ein 2:1-Leistungskombinierer, ist mit Eingangsübertragungsleitungsabschnitten 24a und 24b an die Ausgangsübertragungsleitungsabschnitte 18a bzw. 18b an den Verbindungspunkten 19a bzw. 19b angeschlossen, wie dargestellt. Das Paar von Eingangsübertragungsleitungsabschnitten 24a und 24b bildet eine Kombination von durch sie wandernder Leistung und die kombinierte Leistung wird dem Ausgangsanschluß 26 des Begrenzers 10 über den Ausgangsübertragungsleitungsabschnitt 28 des Kombinierers 22 zugeführt.
  • Wenn im Betrieb das Niveau der Hochfrequenzleistung, die dem Begrenzer 10 am Eingang 16 zugeführt wird, verhältnismäßig niedrig ist, so bieten die Dioden 20a und 20b einen verhältnismäßig hohen Widerstand oder im Idealfall eine Lehrlaufcharakteristik, wobei daher im wesentlichen die gesamte Leistung niedrigen Pegels nach Aufteilung zu gleichen Teilen zwischen den Ausgangsübertragungsleitungsabschnitten 18a, 18b durch die Eingangsübertragungsleitungsabschnitte 24a und 24b läuft, um im Ausgangsübertragungsleitungsabschnitt 28 kombiniert zu werden und im wesentlichen unbegrenzt am Ausgangsanschluß 26 aufzutauchen. Es sei aber bemerkt, daß in dem nicht idealen Fall jede der Dioden 20a und 20b eine ihr zugeordnete Betriebsdämpfung hat. Wenn daher beispielsweise jede der Dioden 20a und 20b im X-Band eine 0,3 dB-Betriebsdämpfung hat, so fließen 93 % der Leistung durch den Eingangsübertragungsleitungsabschnitt 24a. Dasselbe gilt für die Diode 20b. Ist somit die Leistung, die zu dem Eingangsanschluß 16 geführt wird, Pi, so ist unter Vernachlässigung der Betriebsdämpfung des Leistungsteilers 12 die Leistung, die zu jeder der Dioden 20a, 20b geführt wird, 0,5 Pi. Die durch jede der Eingangsübertragungsleitungsabschnitte 24a, 24b übertragene Leistung ist daher (0,93) (0,5) Pi und die Leistung an dem Ausgangsanschluß 26 ist 0,93 Pi. Die Betriebsdämpfung des gesamten Begrenzers 10, wiederum unter Vernachlässigung der Betriebsdämpfung des Leistungsteilers 12, ist somit 0,3 dB.
  • Betrachtet man nun Fig. 1B, so ist dort ein Begrenzer 10' nach dem Stand der Technik gezeigt, welcher einen einzigen Übertragungsleitungsabschnitt 14' enthält, der an den Eingangsanschluß 16' angekoppelt ist. Ein Paar von p-i-n-Dioden 20'a, 20'b schließt in der dargestellten Weise an dem Verbindungspunkt 19' den Eingangsübertragungsleitungsabschnitt 14' ab. Ein Ausgangsübertragungsleitungsabschnitt 28' verbindet den Schaltungspunkt 19' mit dem Ausgangsanschluß 26'. Die p- i-n-Dioden 20'a und 20'b werden hier als mit den in Verbindung mit Fig. 1A beschriebenen Dioden 20a und 20b identisch angenommen. Weiter ist der Wellenwiderstand des Übertragungsleitungsabschnitts 14', nämlich Zo, vorliegend wieder 50 Ohm.
  • Die Betriebsdämpfung je Diode 20'a, 20'b ist hier wieder 0,3 dB, wie dies auch für die Dioden 20a, 20b von Fig. 1A galt. Weiter ist unter Hochleistungsbedingungen der Widerstand jeder der in Durchlaßrichtung vorgespannten Dioden 20'a, 20'b R, vorliegend 60 Ohm, ebenso wie für die Dioden 20a und 20b. Betrachtet man somit zunächst die Betriebsdämpfung des Begrenzers 10' unter der Bedingung eines niedrigen Leistungsniveaus, so erzeugt jede Diode 20'a, 20'b, wenn die an den Eingangsanschluß 16' angelegte Leistung wieder Pi ist, eine Betriebsdämpfung von 0,3 dB. Jeder der Dioden 20'a und 20'b überträgt daher 93 % der an den Verbindungspunkt 19' geführten Leistung mit dem Ergebnis, daß 7 % der Leistung je Diode verlorengeht, insgesamt also 14 %, und daß so nur 86 % der zum Eingangsanschluß 16' gegebenen Leistung an dem Ausgangsanschluß 26' unter niedrigen Leistungsbedingungen ankommen. Die Betriebsdämpfung des Leistungsbegrenzers 10' ist somit 0,6 dB. Der in Fig. 1A gezeigte Begrenzer 10 hat daher 0,3 dB weniger Betriebsdämpfung im Vergleich zu dem Begrenzer 10', welcher in Fig. 1B gezeigt ist; es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß der Leistungsteiler 12, der in dem Begrenzer 10, nicht aber in dem Begrenzer 10' verwendet wird, im praktischen Falle eine endliche Betriebsdämpfung hat. Durch geeignete Auslegung kann die Betriebsdämpfung des Leistungsteilers/-Kombinierers 12, 22 so ausgebildet sein, daß sie weniger als 0,3 dB ist und charakteristischerweise 0,1 dB sein kann. Im praktischen Falle ist somit die Betriebsdämpfung des Begrenzers 10 (Fig. 1A) gemäß der Erfindung etwa 0,4 dB, während die Betriebsdämpfung des Begrenzers 10 (Fig. 1B) nach dem Stand der Technik 0,6 dB ist. Diese verminderte Betriebsdämpfung bedeutet, daß irgendeine Eingangs-Impedanzanpassungsschaltung, welche erforderlich ist, nicht die maximale Betriebsfrequenz des Begrenzers 10 in dem Maße begrenzt, welches für die Impedanzanpassungsschaltung, welche für den Begrenzer 10' nach dem Stand der Technik erforderlich ist, notwendig ist.
  • Die Grundgedanken, wie sie in Verbindung mit dem Begrenzer 10 (Fig. 1) beschrieben worden sind, können auf Begrenzer ausgedehnt werden, welche eine Mehrzahl von Dioden an jedem der Verbindungspunkte 19a, 19b verwenden. Es sei daher auf Fig. 2 Bezug genommen. Hier ist ein mehr ins einzelne gehendes schematisches Schaltbild einer Hochfrequenz-Leistungsbegrenzerschaltung 30 nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Demgemäß ist eine Begrenzerschaltung 30 dargestellt, welche einen Leistungsteiler 32, hier einen 2:1-Leistungsteiler enthält. Der Leistungsteiler 32 enthält einen Eingangsimpedanzanpassungsabschnitt 34, der zwischen einen Eingangsanschluß 36 und ein Paar von Ausgangsübertragungsleitungsabschnitten 38a und 38b geschaltet ist. Eine Mehrzahl von vorliegend drei p-i-n-Dioden 40a, 42a und 44a schließen an dem Verbindungspunkt 39a den Ausgangsübertragungsleitungsabschnitt 38a ab. In gleicher Weise schließt eine entsprechende Anzahl von vorliegend drei p-i-n-Dioden 40b, 42b und 44b den Ausgangsübertragungsleitungsabschnitt 38b an dem Verbindungspunkt 39b ab. Da hier die Verbindungspunkte 39a, 39b aufgrund des besonderen verwendeten Leistungsteilers nicht isoliert sind, sind die p-i-n-Dioden 40a, 42a, 44a bezüglich der Impedanz an die p-i-n-Dioden 40b, 42b, 44b angepaßt, damit die Leistung, die dem Eingangsanschluß 36 zugeführt wird, sich zu gleichen Teilen zwischen den Ausgangsübertragungsleitungsabschnitten 38a, 38b aufteilt. Wäre der verwendete Leistungsteiler ein Wilkinson-Teiler, oder ein 3 dB-Hybridkoppler gewesen, so wären die Verbindungspunkte 39a, 39b elektrisch voneinander isoliert gewesen und das Erfordernis der Diodenanpassung wäre von minderer Bedeutung.
  • Zwischen die Verbindungspunkte 39a, 39b und den Ausgangsanschluß 46 ist ein 2:1-Leistungskombinierer 48 gelegt. Der Leistungskombinierer 48 enthält ein Paar von Eingangsübertragungsleitungsabschnitten 50a, 50b, die an die Verbindungspunkte 39a bzw. 39b in der dargestellten Weise angeschlossen sind, und einen Ausgangsübertragungsleitungsabschnitt 52 zur Kombination der ihm über die Abschnitte 50a und 50b zugeführten Energie. Die im Übertragungsleitungsabschnitt 52 kombinierte Energie fließt durch diesen Abschnitt zu dem Ausgangsanschluß 46. An den Verbindungspunkt 54, welcher die ausgangsseitigen Enden der Eingangsübertragungsleitungsabschnitte 50a, 50b und das eingangsseitige Ende des Ausgangsübertragungsleitungsabschnittes 52 miteinander verbindet, ist eine p-i-n-Diode 56 angeschlossen. Die p-i-n-Diode 56 hat vorliegend eine bedeutend niedrigere Schwellenspannung und somit ein kleines Volumen des intrinsischen Bereiches gegenüber den Dioden 40a, 42a, 44a, 40b, 42b und 44b, welche an die Verbindungspunkte 39a bzw. 39b gelegt sind. Weiter sind die Eingangsübertragungsleitungsabschnitte 50a und 50b hier Viertelwellenlängen-Übertragungsleitungsabschnitte von 90 Ohm, so daß die Verbindungspunkte 39a und 39b einen Abstand von einer Viertelwellenlänge von dem Verbindungspunkt 54 haben. Während also unter Bedingungen bei niedriger Leistung die Dioden 40a, 42a, 44a, 40b, 42b und 44b ebenso wie die Diode 56 im Zustand hoher Impedanz sind, bietet, wenn die dem Begrenzer 30 am Eingangsanschluß 36 zugeführte Leistung zu höheren Leistungsniveaus ansteigt, die Diode 56 mit ihrem kleinen intrinsischen Bereich einen niedrigen Widerstand am Verbindungspunkt 54 an (d.h., nähert sich einer Kurzschlußbedingung). Dieser Zustand niedrigen Widerstandes erzeugt am Verbindungspunkt 54 eine niedrige Spannung, welche aufgrund der Viertelwellenlängenabmessung der Leitungen 50a und 50b zu den Verbindungspunkten 39a und 39b als hohe Spannung reflektiert wird, und zusätzlich zu der erhöhten angelegten Leistung dazu beiträgt, die Dioden 40a, 42a, 44a, 40b, 42b, 44b in den Leitungszustand vorzuspannen und sie sind aufgrund ihrer höheren Spannung am intrinsischen Bereich (und damit der Eigenschaft höherer Durchbruchspannung) in der Lage, den größeren Teil der erforderlichen Leistungsvernichtung unter Bedingungen hoher Leistung zu übernehmen. Somit kann aus der oben angestellten Betrachtung in Verbindung mit den Fig. 1A und 1B in gleicher Weise gezeigt werden, daß für einen Widerstand von 60 Ohm für die drei Dioden 40a, 42a, 44a bzw. 40b, 42b, 44b an jedem der Verbindungspunkte 39a, 39b und für 50 Ohm-Übertragungsleitungsabschnitte 38a, 38b bei einem 50 Ohm-Eingangsimpedanzanpassungsabschnitt 34 und einer 50 Ohm-Leistungsquelle (nicht dargestellt) am Eingangsanschluß 36 die durch jede der sechs Dioden 40a, 42a, 44a, 40b, 42b, 44b vernichtete Leistung annähernd 8 % der Leistung ist, die dem Eingangsanschluß 36 zugeführt wird. Es sei angemerkt, daß dann, wenn man sechs gleiche Dioden verwendet hätte, die an eine einzige Übertragungsleitung gelegt worden wäre, die durch jede Diode vernichtete Leistung 7 % der angelegten Leistung gewesen wäre, also im wesentlich dasselbe. Betrachtet man aber den Betriebsdämpfungseffekt bei der Verwendung der Dioden 40a, 42a, 44a, 40b, 42b, 44b, im Nebenschluß mit jedem der beiden Ausgangsübertragungsleitungsabschnitte 38a, 38b unter Annahme einer Betriebsdämpfung von 0,1 dB für den Leistungsteiler/Kombinierer 32, 48 und die Diode 56, so ist die Betriebsdämpfung für den Begrenzer 30 1,3 dB im Vergleich zu einer Betriebsdämpfung von 2,1 dB für einen Begrenzer nach dem Stand der Technik mit sechs Dioden am selben Anschlußpunkt einer einzigen Übertragungsleitung.
  • Zur Vervollständigung des Begrenzers 30 enthält der Eingangsimpedanzanpassungsabschnitt 34 folgendes: einen Übertragungsleitungsabschnitt 60 von 60 Ohm und 90º Phasenverschiebung (Viertelwellenlänge), der zwischen den Eingangsanschluß 36 und Erde gelegt ist; Übertragungsleitungsabschnitte 62 bzw. 64 von 50 Ohm und 90º bzw. 30 Ohm und 55º, die zwischen den Eingangsanschluß 36 und dem Verbindungspunkt 66 am eingangsseitigen Ende der Ausgangsübertragungsleitungsabschnitte 38a und 38b gelegt sind. Die Ausgangsübertragungsleitungsabschnitte 38a und 38b sind hier Übertragungsleitungsabschnitte von 50 Ohm und einer Viertelwellenlänge. Das Netzwerk 34 erzeugt hier für eine an den Eingangsanschluß 36 gelegte, nicht dargestellte Leistungsquelle eine Eingangsimpedanz von 50 Ohm. Ein kapazitiver Schaltungszweig 64 und ein Kurzschluß-Schaltungszweig 60 sind zum Abstimmen des Begrenzers 30 vorgesehen. Ein Paar von Übertragungsleitungsabschnitten 70a und 70b von einer Viertelwellenlänge und 100 Ohm sind zwischen geeignete Zwischenverbindungspunkte der Übertragungsleitungsabschnitte 50a, 50b und Erde geschaltet, um einen Gleichstrompfad für Ladung zu schaffen, die in dem intrinsischen Bereich der Dioden 40a, 42a, 44a, 40b, 42b und 44b während ihrer Leitungszustände gespeichert wurde, um sie während der nichtleitenden Zustände dieser Dioden zur Erde zurückzuleiten. Die Übertragungsleitungsabschnitte 70a und 70b können so als geerdete Induktivitäten betrachtet werden.
  • Der Begrenzer 30 eignet sich zur Herstellung als Mikrostreifen-Übertragungsleitungsschaltung, von der ein Teil ausgebildet ist, wie in Fig. 3 gezeigt. Hier sind die Dioden 40a, 42a, 44a, 40b, 42b und 44b (nur Diode 40a ist in Fig. 3 gezeigt) an einem Sockelteil 72 einer Kupferpackung 74 befestigt, wobei ein Legierungs-Formverbindungsverfahren verwendet wird, um die Wirkung des thermischen Widerstandes der Dioden zu vermindern. Die Diode 40a hat demgemäß auf ihrer Rückseite eine Goldelektrode 76, die eine Legierungsverbindung zu dem Sockel 72 hat. Die Diode 40a sollte bei einer hohen Temperatur (380ºC) mit Ultraschall durch Reibung an die Packung 74 angesetzt werden. Nur die Goldelektrode 72 auf der Rückseite der Diode 40a und auf dem Sockel 72 dient zur Herstellung der metalurgischen Verbindung. Es sollen keine zwischengelegten Lotformteile verwendet werden. Das Material der Packung 74 ist hier Kupfer, so daß man einen niedrigen thermischen Widerstand erhält. Zur Verbindung der Streifenleiter 82 bzw. 84 der Mikrostreifen-Übertragungsleitungsabschnitte 38a bzw. 50a dienen Golddrähte 78 und 80. Die Streifenleiter 82 und 84 sind vorliegend aus Gold und sind in herkömmlicher Weise von den Erdungsebenen-Leitern 86 und 88 ebenfalls aus Gold durch geeignete dielektrische Substrate 90 bzw. 92, vorliegend aus Aluminiumoxid, getrennt.
  • Nach Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ergibt sich für Fachleute, daß andere Ausführungsformen, welche diese Grundgedanken beinhalten, verwendet werden können. Beispielsweise können anstelle der 2: 1-Leistungsteiler auch andere Leistungsteiler verwendet werden.

Claims (6)

1. Hochfrequenz-Begrenzerschaltung mit einem Hochfrequenz- Leistungsteiler (12), der einen Eingang (16) und eine Mehrzahl von Ausgängen (19a, 19b) aufweist; einer entsprechenden Anzahl von Dioden (20a, 20b), von denen jede mit einer ersten Elektrode an einen entsprechenden der Mehrzahl von Ausgängen (19a, 19b) des Leistungsteilers (12) und mit einer zweiten Elektrode an ein Bezugspotential angeschlossen ist; und mit einem Hochfrequenz-Leistungskombinierer (22), der einen Ausgang (26) und eine Mehrzahl von Eingängen (19a, 19b) aufweist, von denen jeder an einen entsprechenden der Ausgänge (19a, 19b) des Leistungsteilers (12) angeschlossen ist, wobei der Leistungsteiler einen an seinen Eingang (16) angeschlossenen Eingangsübertragungsleitungsabschnitt (14) aufweist und der Leistungskombinierer (22) einen an seinen Ausgang (26) angeschlossenen Ausgangsübertragungsleitungsabschnitt (28) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsteiler (12) eine Mehrzahl von Ausgangsübertragungsleitungsabschnitten (18a, 18b) aufweist, die jeweils mit seinen Ausgängen (19a, 19b) verbunden sind, und daß der Leistungskombinierer (22) eine entsprechende Mehrzahl von Eingangsübertragungsleitungsabschnitten (24a, 24b) aufweist, die jeweils mit seinen Eingängen (19a, 19b) verbunden sind.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der genannten Dioden (20a, 20b) eine p-i-n-Diode ist.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Diode (36) zu dem Ausgangsübertragungsleitungsabschnitt (52) des Leistungskombinierers (48) parallelgeschaltet ist.
4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Diode (56) eine p-i-n-Diode ist.
5. Schaltung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Diode (56) einen Umfang des intrinsischen Bereiches hat, der kleiner ist als der Umfang des intrinsischen Bereiches der anderen genannten Dioden (40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b).
6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode der zusätzlichen Diode (56) an einen Verbindungspunkt angeschlossen ist, an welchem die jeweiligen Enden der Eingangsübertragungsleitungsabschnitte (50a, 50b) und des Ausgangsübertragungsleitungsabschnitts (52) des Leistungskombinierers (48) zusammengeschlossen sind, und daß die Eingangsübertragungsleitungsabschnitte (50a, 50b) des Leistungskombinierers (48) bei einer Betriebs-Hochfrequenz Viertelwellenabschnitte sind.
DE69022272T 1989-04-03 1990-04-02 Hochfrequenz-Limiterschaltung. Expired - Fee Related DE69022272T2 (de)

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US07/333,070 US4930035A (en) 1989-04-03 1989-04-03 Radio frequency limiter circuit

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