ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СВЧ-МОЩНОСТИ И ПРЕОБРАЗУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ НЕГО

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СВЧ-МОЩНОСТИ И ПРЕОБРАЗУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ НЕГО


RU (11) 2295137 (13) C1

(51) МПК
G01R 21/01 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2007.03.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2005128204/28 
(22) Дата подачи заявки: 2005.09.09 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.09.09 
(45) Опубликовано: 2007.03.10 
(56) Аналоги изобретения: SU 1231471 A1, 15.05.1983. SU 520547 А, 20.08.1976. RU 2007791 C1, 15.02.1994. RU 2256185 С2, 10.07.2005. 
(72) Имя изобретателя: Попова Наталья Федоровна (RU); Веселов Александр Георгиевич (RU); Мещанов Валерий Петрович (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Попова Наталья Федоровна (RU); Веселов Александр Георгиевич (RU); Мещанов Валерий Петрович (RU) 
(98) Адрес для переписки: 410012, г.Саратов, ул. Московская, 155, СГУ, ПЛО, Н.В. Романовой 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СВЧ-МОЩНОСТИ И ПРЕОБРАЗУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ НЕГО

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения импульсной мощности радиотехнических устройств. Техническим результатом изобретения является увеличение динамического диапазона преобразователя измеряемых мощностей при увеличении чувствительности. Сущность изобретения: в преобразователе СВЧ-мощности в постоянное напряжение, содержащем электродинамическую структуру с СВЧ-входом и НЧ-выходом и полупроводниковым преобразующим элементом с двумя электродами, имеющими с ним омические контакты, соединенные с НЧ-выходом, преобразующий элемент выполнен в виде полупроводниковой пленки из материала с подвижностью носителей заряда не менее 104 см2/В·с на диэлектрическом основании и с толщиной, не превышающей толщину скин-слоя на центральной частоте преобразования, с возможностью возбуждения в ней поверхностной электромагнитной волны, при этом преобразующий элемент расположен вдоль направления распространения СВЧ-мощности. Для возбуждения в пленке поверхностной электромагнитной волны преобразователь может содержать дополнительный электрод. Один из электродов, имеющий омический контакт, может быть совмещен с электродом для возбуждения в пленке поверхностной электромагнитной волны. В качестве материала пленки может быть выбран сурьмянистый индий. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретения относятся к радиотехнике и могут быть использованы для измерения импульсной мощности радиотехнических устройств.

Известны промышленно выпускаемые преобразователи на основе СВЧ-диодов, содержащие электродинамическую систему, преобразующим элементом которой является диод с p-n переходом, например диод Шотки.

Динамический диапазон преобразователей не превышает 20 дБ, при этом допускаются только малые уровни входной СВЧ-мощности, а частотный диапазон ограничен из-за емкости p-n перехода.

Известен преобразователь в виде отрезка коаксиальной линии, в щели на внешней стенке которого установлен полупроводниковый чувствительный элемент, установленный в держателе на керамической подложке (см. Приборы и техника эксперимента, № 5, 1985, с.230).

Данный преобразователь обладает низкой чувствительностью и имеет ограниченный частотный диапазон, определяемый параметрами применяемой замедляющей системой.

Наиболее близким к предлагаемому преобразователю является датчик для измерения мощности СВЧ на основе структуры полосковая замедляющая система - полупроводник. Структура содержит подложку из высокочастотной керамики, с одной стороны которой расположена металлизированная заземленная плоскость, а с другой - полосковая замедляющая система. Над замедляющей системой в поперечном направлении размещен полупроводниковый элемент с омическими контактами (см.: Радиотехника и электроника - 1978 - №9 - Гуляев).

Однако данный преобразователь также имеет ограниченный частотный диапазон и обладает низкой чувствительностью, что не позволяет использовать его в промышленном производстве.

Наиболее близким к преобразующему элементу является диод Шотки, представляющий собой полупроводник с металлическим основанием с одной стороны, выполняющим роль омического контакта. На противоположной стороне расположен точечный контакт, формирующий p-n переход (барьер Шотки).

Недостатком является наличие емкости p-n перехода, которая ограничивает частотный диапазон. Детектирование на p-n переходе отличается нелинейностью вольт-ваттной характеристики, что ограничивает динамический диапазон.

Задачей изобретений является увеличение динамического диапазона преобразователя измеряемых мощностей при увеличении чувствительности.

Поставленная задача решается тем, что в преобразователе СВЧ-мощности в постоянное напряжение, содержащем электродинамическую структуру с СВЧ-входом и НЧ-выходом и полупроводниковым преобразующим элементом с двумя электродами, имеющими с ним омические контакты, соединенные с НЧ-выходом, согласно решению преобразующий элемент выполнен в виде полупроводниковой пленки из материала с подвижностью носителей заряда не менее 104 см2 /B·с на диэлектрическом основании и с толщиной, не превышающей толщину скин-слоя на центральной частоте преобразования, с возможностью возбуждения в ней поверхностной электромагнитной волны, при этом преобразующий элемент расположен вдоль направления распространения СВЧ-мощности.

Для возбуждения в пленке поверхностной электромагнитной волны преобразователь содержит дополнительный электрод.

Один из электродов, имеющий омический контакт, совмещен с электродом для возбуждения в пленке поверхностной электромагнитной волны.

В качестве материала пленки выбран сурьмянистый индий.

В преобразующем элементе преобразователя СВЧ-мощности в постоянное напряжение в виде полупроводникового элемента с двумя электродами, один из которых является омическим, согласно решению полупроводниковый элемент выполнен в виде пленки из материала с подвижностью носителей заряда не менее 104 см2 /B·с на диэлектрическом основании, с толщиной, не превышающей толщину скин-слоя на центральной частоте преобразования, при этом второй электрод выполнен омическим.

Оба омических электрода имеют одинаковую площадь контакта, расположены на одной стороне полупроводникового элемента с противоположных концов.

Изобретения поясняется чертежами, на фиг.1 приведен общий вид предлагаемого устройства в поперечном разрезе, на фиг.2 - фрагмент характеристики преобразования, снятой с макета преобразователя, где:

1. СВЧ-вход электродинамической структуры (в макете коаксиально-полосковый переход на канал 7/3.04 мм);

2. НЧ-выход электродинамической структуры (в макете в виде выходного разъема СР-50);

3. полупроводниковый преобразующий элемент в виде пленки InSb;

4. первый омический электрод;

5. второй омический электрод;

6. возбуждающий электрод, преобразующий СВЧ-энергию в поверхностную электромагнитную волну;

7. диэлектрическое основание;

8. металлический слой (в макете базовая латунная плата корпуса электродинамической системы);

9. проводники;

10. согласующие сопротивления (в макете на 50 и 200 Ом).

Устройство может быть реализовано на самых разнообразных электродинамических системах: волноводных, коаксиальных, полосковых. Преобразующий полупроводниковый элемент 3 выполнен в виде пленки и размещен на диэлектрическом основании 7, например, из поликора или арсенида галлия. В качестве материала пленки оптимальным является интерметаллический сплав InSb. Толщина пленки не превышает толщину скин-слоя в материале, из которого она изготовлена, для поверхностной электромагнитной волны (ПЭМВ). Под диэлектрическим основанием 7 расположен металлический слой 8, являющийся частью электродинамической системы. С противоположных концов пленки 3 размещены два омических электрода 4, 5. В макете первый омический электрод 4 совмещен с возбуждающим электродом 6, который наклонен под углом 45° и является антенной возбуждения (преобразования входного сигнала) в ПЭМВ. Электрод 6 выполнен с возможностью изменения угла наклона к пленке для получения максимальной чувствительности. Для этого он может быть выполнен, например, из медной фольги и припаян к пленочному омическому электроду 4. Возможен вариант раздельного выполнения возбуждающего и омического электрода.

Электроды 4 и 5 соединены проводниками 9 и согласующими сопротивлениями 10 с НЧ-выходом 2, выполненным в виде разъема. Площадь контактов электродов выполнена одинаковой для исключения нелинейности вольт-ваттной характеристики.

Устройство работает следующим образом.

На СВЧ-вход 1 поступает радиосигнал, мощность которого предстоит измерить. Входной сигнал с помощью электрода 6 преобразуется в ПЭМВ для получения в пленке 3 максимальной величины продольной компоненты электрического поля, что позволяет реализовать эффективное фотонно-электронное взаимодействие - радиоэлектрический эффект, поскольку толщина пленки выбрана равной толщине скин-слоя на центральной частоте преобразования. При распространении волны по пленке 3 происходит увлечение электронов вдоль направления ее распространения к омическому электроду 5, на котором возникает отрицательный потенциал по отношению к электроду 4, расположенному на входе.

Для снятия вольт-ваттной характеристики (фиг.2) был разработан макет, в котором в качестве преобразующего элемента была использована эпитаксиальная пленка сурьмянистого индия размером 1.5?10 мм, который является вырожденным интерметаллом с высокой проводимостью при комнатной температуре, концентрацией носителей заряда порядка 25000 см2/B·с. Преобразующий элемент, нанесенный на основание из арсенида галлия играл роль центрального проводника несимметричной полосковой линии. Результаты измерений показали, что разность потенциалов между электродами 4 и 5 точно пропорциональна мощности входного сигнала.

Выходной сигнал, снимаемый с разъема 2, точно совпадает с огибающей входного сигнала и его амплитуда пропорциональна мощности.

Предлагаемое решение позволяет увеличить чувствительность преобразователя не менее чем в ?103 раз. Преимуществом предлагаемого преобразующего элемента является многократное увеличение верхнего порога регистрируемой мощности, ограниченное только тепловым нагревом всего устройства в целом (преобразователя), в то время как диод Шотки перестает функционировать от электрического пробоя.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Преобразователь СВЧ-мощности в постоянное напряжение, содержащий электродинамическую структуру с СВЧ-входом и НЧ-выходом, полупроводниковым преобразующим элементом с двумя электродами, имеющими с ним омические контакты, соединенные с НЧ-выходом, отличающийся тем, что полупроводниковый преобразующий элемент выполнен в виде полупроводниковой пленки на диэлектрическом основании из материала с подвижностью носителей заряда не менее 104 см2 /(В·с) с толщиной, не превышающей толщину скин-слоя на центральной частоте преобразования, и с возможностью возбуждения в ней поверхностной электромагнитной волны, при этом преобразующий элемент расположен вдоль направления распространения СВЧ-мощности.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что он содержит электрод для возбуждения в пленке поверхностной электромагнитной волны.

3. Преобразователь по п.1 или 2, отличающийся тем, что один из электродов, имеющий омический контакт, совмещен с электродом для возбуждения в пленке поверхностной электромагнитной волны и выполнен с возможностью изменения угла наклона к полупроводниковой пленке.

4. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что один из электродов, имеющий омический контакт, выполнен с возможностью возбуждения в пленке поверхностной электромагнитной волны.

5. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала пленки выбран сурьмянистый индий.

6. Преобразующий элемент преобразователя СВЧ-мощности в постоянное напряжение в виде полупроводникового элемента с двумя электродами, один из которых имеет с ним омический контакт, отличающийся тем, что полупроводниковый элемент выполнен в виде полупроводниковой пленки из материала с подвижностью носителей заряда не менее 104 см2/(В·с) на диэлектрическом основании с толщиной, не превышающей толщину скин-слоя на центральной частоте преобразования, при этом второй электрод выполнен омическим.

7. Преобразующий элемент по п.6, отличающийся тем, что электроды имеют одинаковую площадь омического контакта и расположены на одной стороне полупроводникового элемента с противоположных концов.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru