Переключатель на PIN диодах для антенн и спутникового оборудования

Диодный переключатель, где между пространствами дырочной (p) и электронной (n) проводимости расположен нелегированный (собственный) полупроводник (область i). Сильное легирование p и n обеспечивает хороший омический контакт с металлом.

Обычно диод выступает выпрямителем, но нелегированная широкая i‑oбласть pin диода исключает эту возможность. Однако данный вид диодного переключателя широко применяется в ослабляющих сигнал аттенюаторах, фотодетекторах, быстрых переключателях, высоковольтной электронике. Чаще всего работает в сантиметровом волновом диапазоне.

Построенные по pin‑технологии твердотельные антенные переключатели характеризуются высокой степенью изоляции, износостойкостью, быстрым восстановлением, долгой службой.

Характеристики подобных диодов следующие:

Соотношение тока, проходящего через двухполюсную электрическую цепь и напряжения этой цепи.

Pin диод во время работы с высокими частотами выступает отличным резистором. ВАХ остается линейной даже при высоком напряжении. Большое количество накопленного заряда, находящееся на высоких частотах в i‑области, обеспечивает работу диода. Низкие частоты приводят к рекомбинации и выключению.

Находится в обратной пропорции к значению постоянного тока, проходящего через диодный переключатель. Значение сопротивления таким образом широко варьируется от 0,1 Ом до 10 кОм при замене постоянной составляющей тока.

Большая ширина показывает незначительную емкость переключателя при обратном характере смещения.

Данная величина у диодов, выполненных по pin-технологии превосходит ОПЗ стандартных. Ее границы незначительно меняются и зависят от того, какое обратное напряжение было приложено, тем самым увеличивая объем полупроводника.

Главное свойство — перемена внутреннего сопротивления в зависимости от прикладываемого к нему внешнего напряжения, определяемого как напряжение смещения.

Свойства переключателя проявляются во время работы при использовании режима инжекции. На легированные области p и n воздействует прямое смещение напряжения, а носители заряда наполняют i-область, после чего через диод начинает проходить ток.

При перемене напряжения смещения изменяется сопротивление диодных переключателей от 6 кОм (отрицательное смещение) до 5 Ом (положительное смещение), поэтому они могут работать как электронные.

Пара pin-диодов обладают низким сопротивлением. Передающее устройство направляет мощность к антенне через верхний из них. Нижний также имеет низкое сопротивление, поэтому он, замыкая вход приемника, защищает последний от генерируемой передатчиком мощности. Низкое сопротивление при помощи согласующей линии преобразуется в высокое. Таким образом высокочастотная идущая от передатчика энергия определяет высокое сопротивление и поступает в антенну, где импеданс согласуется с сопротивлением линии передачи.

Пара pin-диодов обладают низким сопротивлением. Принимаемая мощность не попадает к передатчику благодаря тому, что идущая к нему линия имеет высокое сопротивление, как и диодный переключатель в принимающем тракте. Интенсивность сигнала практически не зависит от работы диода.

Такие твердотельные переключатели имеют три основных преимущества:

Кроме преимуществ переключатели имеют недостатки:

Подобные диоды применяются как переключатели для РЧ и СВЧ-трактов.

Малая пропускная способность pin диода при обратном или нулевом смещении не дает пройти высокочастотному сигналу, а реактивное сопротивление, значение которого при прямом смещении составляет 1 Ом, делает диод хорошим проводником.

При изменении тока посредством pin диодного переключателя быстро меняется обратно пропорциональное высокочастотной силе тока реактивное сопротивление. Это дает возможность использовать pin диод как управляемый аттенюатор, а также шунтирующий или мостовой резистор.

Технология HMIC предполагает размещение кремниевых вставок с диодами на поверхности стеклянной подложки, которая используется для формирования управляющих ими пассивных элементов. Это позволяет создавать топологию с высоким разрешением, что обеспечивает хорошую повторяемость характеристик.

Компания L3Harris Narda-ATM разрабатывает, производит, поставляет микроволновые радиочастотные компоненты для спутниковых систем, занимая лидирующие позиции на мировом рынке. Антенные переключатели, работающие на pin диодах, надежны, имеют высокую скорость срабатывания, отличаются низким уровнем потерь сигнала.