Аттенюатор

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для фиксированного ослабления амплитуды электрических сигналов в радиоизмерительной технике. Аттенюатор, включает сопротивления, размещенные в полости корпуса и соединенные между собой с образованием Т-образной конструкции, при этом сопротивления выполнены из полупроводникового материала, а полость корпуса заполнена профилированной вставкой из материала с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости. Предложение позволяет получить компактное устройство с повышенными параметрами средней мощности и температуры. 3 з.п.ф., 3 ил.

Предложение относится к радиотехнике, в частности к устройствам, предназначенным для понижения электрического напряжения, силы тока, мощности электрических или электромагнитных колебаний, а именно к конструкциям аттенюаторов.

Предложение может быть использовано для фиксированного ослабления амплитуды электрических сигналов в радиоизмерительной технике.

Из уровня техники известно устройство для ослабления сигналов, включающее элементы, соединенные по Т-образной схеме, при прохождении через которые сигнал ослабляется соответственно на 4 дБ и 8 дБ [1].

Известен также аттенюатор, имеющий резистивные пленочные элементы, сформированные на диэлектрической подложке [2].

Известно широкополосное включаемое и выключаемое резистивное устройство из коаксиальной линии, рассчитанное на большие мощности, содержащее продольное сопротивление образованное заполненным жидкостью отсеком, который перемыкается трубчатой металлической деталью [3].

Недостатками указанных известных устройств являются сложность конструкции, значительные габариты и низкая надежность работы.

Известен также микрополосковый аттенюатор, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой нанесен проводящий экран, а на другой стороне постоянный по ширине слой резистивного материала, на который нанесены проводники, разделенные выполненными под углом к продольной оси аттенюатора щелями (заполненными резистивным материалом), причем в средней части аттенюатора щели выполнены сквозными [4].

Недостатками указанного устройства являются: во-первых, малая допустимая рассеиваемая мощность; во-вторых, возможность локального перегрева в местах соединения резистивного материала и проводников; в-третьих, возможность электрического пробоя в местах соединения резистивного материала и проводников.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является Т-образный аттенюатор или цепь с одинаковыми импедансами на обоих входах, включающий три сопротивления цилиндрической формы, размещенные в полости прямоугольного корпуса [5].

Недостатком известного устройства является то, аттенюатор такой конструкции (Barth Electronics) допускает входное напряжение только до 10 кВ. В данном аттенюаторе использованы пленочные сопротивления, которые достаточно чувствительны к кратковременным перегрузкам (время перегрузки по напряжению составляет до 200 нс).

Технический результат предложения заключается в создании компактного устройства с повышенными параметрами средней мощности и температуры.

Для достижения указанного технического результата в аттенюаторе, включающем сопротивления, размещенные в полости корпуса и соединенные между собой с образованием Т-образной конструкции, согласно предложению, сопротивления выполнены из полупроводникового материала, а полость корпуса заполнена профилированной вставкой из материала с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости. При этом,

согласно предложению, сопротивления выполнены из кремния, а профилированная вставка выполнена из теплопроводной керамики и имеет округления в зонах излома профиля.

Наличие отличительных признаков, а именно, выполнение сопротивлений из кремния, заполнение полости корпуса профилированной вставкой из теплопроводной керамики со округлениями в зонах излома профиля, свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна».

Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид аттенюатора в аксонометрии (одна половина корпуса не показана); на фиг.2 представлен продольный разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 представлен поперечный разрез Б-Б на фиг.1.

Следует учесть, что на чертежах для большей ясности представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа технического решения, а сопутствующее оборудование, хорошо известное специалистам в данной области, на чертежах не представлено.

Аттенюатор включает прямоугольный металлический корпус 1, состоящий из двух идентичных половин, соединенных крепежными элементами, например винтами (фиг.1, одна половина корпуса 1 и крепежные элементы на чертеже не показаны). В каждой половине корпуса 1 выполнена выемка для размещения основных элементов.

Одним из основных элементов является полупроводниковое сопротивление 2 из кремния, расположенное по продольной оси устройства и выполненное в виде цилиндрического стержня, состоящего из двух частей. На входе и выходе из корпуса 1 на концах стержня выполнены разъемы для подключения аттенюатора к другим устройствам.

Основным элементом также является полупроводниковое сопротивление 3, расположенное в плоскости перпендикулярной по отношению к плоскости полупроводникового сопротивления 2 (фиг.2, 3).

Сопротивление 3 выполнено из кремния в виде профилированного стержня, который соединяет части сопротивления 2 по центральной поперечной оси аттенюатора. Таким образом, две части сопротивления 2 и сопротивление 3 образуют Т-образную конструкцию.

При этом все три сопротивления размещены внутри диэлектрической вставки 4, которая выполнена профилированной со округлениями в зонах излома профиля для достижения большей электрической надежности устройства.

Для увеличения допустимой средней мощности вставка 4 выполнена из теплопроводной керамики с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости, при этом обеспечивается возможность эффективного отвода тепла, выделяющегося на сопротивлениях 2 и 3, на металлический корпус 1.

Устройство работает следующим образом.

Входной разъем аттенюатора подключают, например, к разъему выхода генератора высоковольтных импульсов. Генератор импульсов имеет следующие параметры: 20 кВ при нагрузке 20 Ом, время нарастания импульса 200 пс по уровню 0.1-0.9, длительность импульса 10 не по уровню 0.5, время спада 3 не по уровню 0.1-0.9.

Заявляемое устройство обеспечивает следующие параметры: максимальное входное напряжение - до 20 кВ; коэффициент деления 26 dB (20 раз); полоса пропускания 18 ГГц.

При этом выходной разъем устройства соединяют последовательно с двумя более низковольтными широкополосными аттенюаторами соответственно с полосой пропускания 28 ГГц, с коэффициентом ослабления 30 dB каждый и максимальным входным напряжением 1500 В.

К выходному разъему последнего аттенюатора подсоединяют кабель с волновым сопротивлением 50 Ом.

Вторым концом кабель соединяют с осциллографом, который имеет следующие характеристики: полоса пропускания 3 ГГц; входное сопротивление 50 Ом; полоса пропускания 26 ГГц.

Осциллограф позволяет измерять форму импульсов, однако допустимое напряжение, которое можно подавать на вход осциллографа составляет 5 В. Для нашего примера, суммарный коэффициент ослабления будет складываться следующим образом: 26dB+30dB+30dB=86dB=20000 раз.

Таким образом, импульс с амплитудой 20кВ будет ослаблен до импульса с амплитудой в 1 В, что вполне пригодно для измерений на осциллографе. Полоса пропускания всего измерительного тракта равна наименьшей полосе пропускания любой из его частей, то есть 18 ГГц в передающем тракте и 3 ГГц в измерительном. Этого достаточно для измерения импульса с временем нарастания напряжения 200 пс.

Заявляемый аттенюатор построен на основе полупроводникового сопротивления 2 из кремния, при этом в конструкцию аттенюатора введена вставка 4 из материала с высоким значением коэффициента диэлектрической проницаемости (фиг.1).

Это позволяет увеличить максимальное допустимое напряжение до 20 кВ и выше при тех же, что и у прототипа геометрических размерах аттенюатора (100×65×30 мм). Применение полупроводникового материала (кремния) позволяет использовать аттенюатор в условиях повышенной средней мощности (по сравнению с прототипом от Barth Electronics вместо 10 Вт до 50 Вт) и высокой температуры (до 180°С). В совокупности такие параметры невозможно получить в известных из уровня техники устройствах.

Устройство было разработано в ООО «Антарес» и успешно использовано на предприятии заказчика.

Из вышесказанного следует, что изготовление данного устройства промышленным способом не вызывает затруднений, предполагает использование освоенных материалов и стандартного оборудования, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «промышленная применимость».

Источники информации:

1. Патент JP №3362931, H03H 7/24, 2004;

2. Патент JP №3112174, Н01Р 1/22, 2001;

3. Патент DE №04301583, Н01Р 1/22, 1996;

4. Авторское свидетельство SU №1548817, Н01Р 1/22, 1990;

5. Патент US №3665347, Н01Р 1/22, 1972.

1. Аттенюатор, включающий сопротивления, размещенные в полости корпуса и соединенные между собой с образованием Т-образной конструкции, отличающийся тем, что сопротивления выполнены из полупроводникового материала, а полость корпуса заполнена профилированной вставкой из материала с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости.

2. Аттенюатор по п.1, отличающийся тем, что сопротивления выполнены из кремния.

3. Аттенюатор по п.1, отличающийся тем, что профилированная вставка выполнена из теплопроводной керамики.

4. Аттенюатор по п.1, отличающийся тем, что профилированная вставка выполнена со округлениями в зонах излома профиля.