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.

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. Предполагаемая схема выглядит следующим образом.

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.

Плата получилась 5х5мм. Сигнал СВЧ проходит в направлении 1<—>2. На плате сэкономили и заказали её из FR4 толщиной 0.3мм (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.

Моделирование как платы с диодами, так и платы обвязки я производил в NI AWR. Отладочная плата получилась размером 46х37мм. Её изготовили уже из СВЧ материала Wangling WL-CT350 толщиной 0.508мм (5шт — 9.000руб в Резоните).

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.

Проверка аттенюатора на ВАЦ Микран Р4М-18, постоянное напряжение подавалось от калибраторов. Результаты представлены ниже.

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.