переключающая свч-матрица

Формула изобретения

Переключающая СВЧ-матрица, содержащая m горизонтальных строк и n вертикальных столбцов, образованных mn коммутационными ячейками (где m и n 1,2,3,), каждая из которых включает первый и второй полевые транзисторы и третий и четвертый двухзатворные полевые транзисторы, истоки всех транзисторов подключены к общей шине, отличающаяся тем, что первый и второй полевые транзисторы выполнены двухзатворными и их стоки соединены между собой и через введенные первый и второй конденсаторы подключены соответственно к первым затворам третьего и четвертого транзисторов, причем первый затвор первого транзистора каждой коммутационной ячейки через введенный третий конденсатор соединен со стоком четвертого транзистора коммутационной ячейки, находящейся в предыдущей горизонтальной строке и в том же вертикальном столбце, а первый затвор второго транзистора каждой коммутационной ячейки через введенный четвертый конденсатор соединен со стоком третьего транзистора коммутационной ячейки, находящейся в предыдущем вертикальном столбце и в той же горизонтальной строке, при этом первые затворы вторых транзисторов коммутационных ячеек первого вертикального столбца являются сигнальными входами, стоки четвертых транзисторов коммутационных ячеек m-й горизонтальной строки являются сигнальными выходами, а вторые затворы каждого из транзисторов управляющими входами.

Описание изобретения к патенту

Использование относится к технике СВЧ и может быть использовано для создания диаграммообразующих систем многолучевых антенн в радиорелейных системах и системах космической радиосвязи.

Известна матрица СВЧ по патенту США N 4316159, МКИ H 01 P 1/15, НКИ 333-104, в которой селективное переключение СВЧ сигналов с заданного входа на заданный выход осуществляется направленными ответвителями, симметричными относительно диагонали матрицы. Ответвители управляются p-i-n диодами. Конструкция матрицы содержит поглощающие согласованные нагрузки, включенные в ответвители в конце строки и в начале столбцов, сложна, имеет большие потери сигнала со входа на любой выход и малые развязки между входами и между выходами. Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является матрица СВЧ по патенту США N 4731594, МКИ H 010 1/04, НКИ 333-103. Матрица содержит m горизонтальных и n вертикальных линий, образованных усилителями-компенсаторами потерь на полевых транзисторах. Усилители горизонтальных линий связаны с усилителями вертикальных линий направленными ответвителями, в цепях которых установлены переключатели. Устройство сложно, громоздко по конструкции и имеет малые развязки между входами и между выходами.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в упрощении устройства и в увеличении развязки между входами и между выходами матрицы.

Устройство, в котором данная задача решается, представляет собой СВЧ матрицу, содержащую m горизонтальных и n вертикальных линий, образованных коммутационными ячейками на двухзатворных транзисторах. Каждая ячейка матрицы состоит из двух пар двухзатворных транзисторов, истоки которых заземлены, стоки первой пары транзисторов, образованной первым и вторым транзисторами, соединены между собой и через первый и второй разделительные конденсаторы связаны с первыми затворами второй пары транзисторов, образованной третьим и четвертым транзисторами, причем, первый затвор первого транзистора ij-й ячейки через третий разделительный конденсатор связан со стоком четвертого транзистора (i-1)j-й ячейки, первый затвор второго транзистора ij-й ячейки через четвертый разделительный конденсатор связан со стоком третьего транзистора i(j-1)-й ячейки, первые затворы вторых транзисторов ячеек первой вертикальной линии являются сигнальными входами матрицы, а вторые затворы транзисторов каждой ячейки являются управляющими входами матрицы, а стоки четвертых транзисторов ячеек m-й горизонтальной линии являются выходами матрицы.

Структурная схема матрицы приведена на чертеже.

Матрица СВЧ содержит m горизонтальных и n вертикальных линий, образованный mn коммутационными ячейками 1. Каждая коммутационная ячейка 1 состоит из двух пар двухзатворных полевых транзисторов 2,3 и 4,5, истоки которых заземлены. Стоки первой пары транзисторов 2,3 соединены между собой и через первый и второй разделительные конденсаторы 6,7 подключены к первым затворам второй пары транзисторов 4,5. Первый затвор первого транзистора ij-й ячейки 1 связан через третий разделительный конденсатор 8 со стоком четвертого транзистора 5 (i-1)j-й ячейки 1. Первый затвор второго транзистора 3 ij-й ячейки 1 через четвертый разделительный конденсатор 9 связан со стоком третьего транзистора i(j-1) ячейки 1. Первые затворы вторых транзисторов 3 ячеек 1 первой вертикальной линии (ячейки 1₁₁^oC1_m1) являются сигнальными входами матрицы, стоки четвертых транзисторов 5 ячеек 1 m-й горизонтальной линии (ячеек 1_m1^oC1_mn) являются выходами матрицы. Первые затворы первых транзисторов 2 ячеек 1 первой горизонтальной линии матрицы (ячеек 1₁₁^oC1_1n) и стоки третьих транзисторов 4 ячеек n-й вертикальной линии (ячеек 1_1n^oC1_mn) свободны. Вторые затворы всех транзисторов 2, 3, 4, 5 каждой коммутационной ячейки 1 являются управляющими входами матрицы, на которые подаются напряжения управления U^ij_упр1, U^ij_упр2, U^ij_упр3, U^ij_упр4.

Каждый коммутационный элемент имеет клеммы, на которые подаются напряжения смещения первых затворов U₃₁ и напряжения питания стоков U_c.

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения питания U_c, U₃₁ на транзисторы 2ij, 3ij, 4ij, 5ij и сигнала на i-й вход i-й горизонтальной линии мощности сигнала, не уменьшаясь по величине за счет эффекта усиления в транзисторных структурах, может появиться в зависимости от управляющих напряжений U_упр1 U_упр4 на вторых затворах транзисторов 2, 3, 4, 5 на любой из m вертикальных линий. Комбинация управляющих напряжений и их величина задается внешним контроллером-управителем устройства (на чертеже не показано).

Если сигнал подан в первую горизонтальную линию на первый сигнальный вход, то он попадает на первый затвор транзистора 3₁₁. Если на второй затвор этого транзистора подано разрешающее напряжение

(U¹¹_упр2> U¹¹_отс2,

где U¹¹_отс2 напряжения отсечки), сигнал может быть усилен и подан на первые затворы второй пары транзисторов 4₁₁, 5₁₁. Если на вторых затворах транзисторов 4₁₁, 5₁₁ разрешающее напряжение (U¹¹_упр4> U¹¹_отс4, U¹¹_отс5, где U¹¹_отс4 и U¹¹_отс5 напряжения отсечки транзисторов 4₁₁ и 5₁₁) сигнал может быть усилен и и подан с коммутационной ячейки 1₁₁ в первую вертикальную линию (коммутационные ячейки 1₁₁^oC1_m1), если управляющие напряжения на вторых затворах транзисторов 2_i1 и 5_i1 - разрешающие, или далее по первой горизонтальной линии, если на вторые затворы транзисторов 3_1j и 4_ij поданы разрешающие напряжения. Таким образом, сигнал поданный на первый вход матрицы СВЧ может поступать на один выход, на определенную группу выходов или на все выходы устройства одновременно и без потерь в зависимости от соотношений и величин напряжений питания и смещения U₃₁ и U_c и управления U_упр1 U_упр4.

Если сигналы попадают на первые затворы транзисторов 2_ij и 3_ij, то при наличии разрешающих напряжений управления U^ij_упр1>U^ij_отс1, U^ij_упр2>U^ij_отс2 сигналы усиливаются в транзисторных структурах и появляются одновременно на первых затворах транзисторов 4_ij и 5_ij. При U^ij_упр3>U^ij_отс3, U^ij_упр4> U^ij_отс4,, U^i,j+_упр2¹ >U^i,j+_отс2¹, усиленная сумма сигналов появится на стоках транзисторов 4_ij и 5_ij. Далее сигналы проходят к первым затвора транзисторов 3_i,j+1 и 2_i+1,j, где произойдет усиление, при наличии разрешающих управляющих напряжений U^i+1,_упр1^j> U^i+1,_отс1^j, и распределение сигналов в зависимости от соотношений напряжений U^i,j+_упр3¹, U^i,j+_упр4¹. Затем эти сигналы подаются на входы коммутационных ячеек 1_i,j+2 и (или) 1_i+2,j и т.д. и в зависимости от управляющих напряжений на вторых затворах транзисторов 2, 3, 4, 5 последующих ячеек 1 появляются на соответствующих выходах матрицы.

При работе матрицы СВЧ напряжения на стоки транзисторов 4_1n^oC4_mn, не подаются; напряжения на вторых затворах транзисторов 2₁₁^oC2_1n запрещающие.

Развязки между входами выходами устройства определяются развязками между коммутационными элементами и, в частности, определяются совокупностью (суммой или произведением) обратных коэффициентов передачи трех полевых транзисторов, что составляет для верхней части сантиметрового диапазона более 40 дБ. Простота устройства определяется отсутствием направленных ответвителей и согласованных нагрузок. Структура заявляемого устройства позволяет реализовать его в одной плоскости (без пересечения СВЧ линий) в гибридно-монолитном или монолитном исполнении.