тот же диод может быть использован в различных устройствах, например в аттенюаторе или в фазовращателе.

Однако можно указать признаки, по которым все переключательные диоды делятся на определенные группы. Диоды можно различать по принципу действия. Так, имеются диоды, на которые подается внешнее управляющее напряжение, и диоды, управляемые самим СВЧ сигналом. Последние получили название ограничительных диодов.

Другим признаком, по которому различаются переключательные диоды, является тип диодной структуры. В переключательных диодах используются в основном два типа структур: р-п переход и p-i-n структура. Если р-п переход широко используется в СВЧ диодах и диодах других классов (параметрических, умножительных), то применение p-i-n структуры в переключательных СВЧ диодах является их характерной особенностью и обусловлено специфическими свойствами p-i-n структуры на СВЧ.

Третьим признаком, характеризующим переключательный диод, является конструктивное оформление. Обычно переключательные диоды выполняются в металлокерами-ческом или металлостеклянном корпусе, приспособленном для включения в линию передачи СВЧ - прямоугольный волновод, коаксиальную линию и т. п. Существует также бескорпусная конструкция диода. Диоды такой конструкции особенно удобны для включения в полосковую линию.

Особое место среди переключательных диодов занимают так называемые резонансные диоды. Корпус этих диодов конструируется таким образом, чтобы на рабочей частоте в самом диоде имели место резонансы как при прямом, так и при обратном смещении [5].

Вообще для получения максимальной эффективности работы переключательного диода, будь то диод с р-п переходом или с p-i-n структурой, необходимо использовать резонансные системы. В случае диодов нерезонансного типа, а также при использовании резонансных диодов на частоте, отличной от расчетной, для получения резонансов применяют настроечные элементы в конструкции выключателя (или фазовращателя и других устройств).

12.3. ДИОДЫ с р-п ПЕРЕХОДОМ

Принцип действия. Работа переключательного диода с р-п переходом основана на эффекте изменения импеданса р-п перехода в зависимости от напряжения смещения.

Эквивалентная схема днода с р-п переходом показана на рис. 12.1, а. При обратном смещении в диапазоне СВЧ, как правило, R р l/coC, в связи с чем в эквивалентной схеме можно не учитывать сопротивления R (рис. 12.1, б). При прямом смещении сопротивление р-п перехода R быстро убывает с увеличением тока смещения и при токе более 10 - 50 ма становится малым по сравнению с сопротивлением базы. Эквивалентная схема диода для этого случая

Рис. 12.1. Эквивалентные схемы диода с р-п переходом. R - нелинейное сопротивление р~п перехода; г - сопротивление базы диода, »• -сопротивление базы диода при обратном смещении; /-. - сопротивленце базы диода при прямом смещении, L - индуктииность вывода диодной струк туры; Сд - емкость па грон Jнoдa.

показана на рис. 12.1, е. Следует отметить, что сопротивление базы может иметь разную величину при прямом (г+) и обратном (г ) смещениях, так как при прямом смещении может сказываться эффект модуляции сопротивления базы, а при обратном смещении - эффект модуляции толщины базы и эффект смыкания.

Устройство некоторых переключательных диодов основано на использовании этих эффектов для получения весьма малых величин г+ и г . В тех же диодах, в которых указанные эффекты малы, г * г+ Гд, где Гд - дифференциальное сопротивление диода при достаточно большом токе смешения.

Выключатель проходного типа. Рассмотрим работу переключательного диода, включенного в линию передачи СВЧ, как показано на рис. 12,2. Устройство, принципиальная схема которого изображена на этом рисунке, называется выключателем проходного типа, или просто выключателем

Рассмотрение данного конкретного вида схемы включения диода позволяет вывести основные соотношения, характеризующие работу переключательного диода и во многих других схемах.

Выключатель с диодом имеет два рабочих состояния - состояние пропускания и состояние запирания. Потери передачи П, определяемые отношением падающей мощности к прошедшей мощности, связаны с импедансом диода Z выражением

2Z

(12.1)

где W - волновое сопротивление линии передачи.

Рис. 12.2 Схема включения диода л/ ф ,,

в линию передачи (U/-волновое сопро- Ж w

тивление линии передачи)

Величина П должна быть по возможности большой в состоянии запирания (потери запирания fJs) и малой в состоянии пропускания (потери пропускания Яп) Эффективность выключателя тем выше, чем больше Пз при заданном Яп или чем меньше Яп при заданном Яд.

Резонансные диоды. Как было отмечено ранее, наивысшая эффективность достигается при наличии резонансов в обоих состояниях. В резонансных диодах для получения резонансов используются конструкционные элементы самого диода: вывод р-п перехода, неизбежно обладающий некоторой индзктивностью, и корпус, имеющий определенную емкость. Величины индуктивности вывода L, емкости корпуса Сп и емкости р-п перехода С выбираются таким образом, чтобы в режиме прямого смещения имел место резонанс в параллельном контуре LCn, а в режиме обратного смещения резонанс в последовательном контуре LC.

) Необходимо подчеркнуть, что величина Сп, характеризующая на эквивалентной схеме емкостную проводимость корпуса на СВЧ, может численно не совпадать с электростатической емкостью корпуса, которая измеряется, как правило, на частоте примерно 100 Мгц. Такое несовпадение объясняется тем, что размеры патрона могут быть сравнимы с длиной волны. Этот эффект особенно сильно проявляется на коротких волнах.