Введение

Современные спутниковые системы связи используют множество конвертеров. Понижающий преобразователь с низким уровнем шума (англ. low-noise block downconverter, далее LNB) ­­– это приемное устройство на спутниковых антеннах, используемых для приема сигнала, усиления и транспонирования сигнала в диапазон приёмника.

Не смотря на всё разнообразие таких устройств, способы обеспечения функционирования и управления единообразны. В основном это определенные уровни напряжения питания, а также синусоидальный низко-частный сигнал 22 кГц (англ. Ton 22 kHz).

Инжектор питания (англ. Bias tee)  - плата триплексер, обеспечивает ввод постоянной составляющей в высоко-частную линию приёма.
 


Процесс проектирования  и производства опытного образца  инжектора питания подразумевает использование катушечного дросселя по линии постоянного тока. Таким образом, классическая схема включает в себя индуктивность весьма большого номинала и размера для частот в районе 22 кГц и ниже. Это могут быть и десятки мГн. Кроме того точный расчет индуктивности для дросселя затруднен наличием сложной системы фильтров для самого канала «LNB-приемник».


Мысль использовать нелинейный элемент – диод Шоттки – в качестве низкочастотного дросселя была скорее случайной или интуитивной, основанной на предположении о неравномерности инерционных свойств полупроводника в разных частотных диапазонах. Однако установка диода Шоттки в линию DC позволило обеспечить сепарацию от линии ввода управляющего сигнала 22 кГц.  В дальнейшем для такого же отделения и более высоко-частотной линии – последовательно была добавлена катушка сравнительно небольшой индуктивности и размеров, всего 10 мкГн.

Затем для оценки пропускной способности подобного диода был собран двухполюсник (электрическая схема, имеющая всего два входа/выхода) и подключён к векторному анализатору цепей.

В качестве параметров рассеивания были выбраны диаграммы S21 (коэффициент прямого усиления) и S12 (коэффициент обратного усиления). Таким образом можно оценить свойства прибора с двух направлений.

На диаграмме становится очевидной высокочастотная пропускная способность данного диода.

А на интересующей нас частоте рассеивание максимально:

Однако высокочастотную пропускную способность диода следует связывать с паразитной ёмкостью. Этот параметр варьируется от единиц пФ до нескольких тысяч у диодов, рассчитанных на серьезные токи импульсных выпрямительных схем. Таким образом, сильно утрируя, модель этого диполя соответствует конденсатору, который пропускает постоянный ток. Такая модель конечно полна допущений, но позволяет в общих чертах описать работу этого схемотехнического узла.

К сожалению, векторного анализатора цепей с частотой менее 5 кГц под рукой не оказалось, а исследований на эту тему найдено не было.

Поэтому сказать, как именно изменяется пропускная способность полупроводника в диапазоне от 0 до 5 кГц затруднительно.

В заключение исследуемая схема с диодом и последовательно подключенной индуктивностью проста в исполнении и обеспечивает требуемые условия в минимальных размерах платы. Так же немаловажным остаётся доступность компонентов и простота подбора номиналов в соответствие требуемым значениям тока и напряжения. Перечисленные преимущества могут значительно повлиять на технологичность и рентабельность серийно производимого телекоммуникационного оборудования.

Литература

Журнальный портал ФТИ им. А.Ф. Иоффе 12 августа "Сверхвысокочастотные диоды Шоттки на основе одиночных нитевидных нанокристаллов GaN" К.Ю. Шугуров , А.М. Можаров , Г.А. Сапунов , В.В. Фёдоров , Э.И. Моисеев ,С.А. Блохин , А.Г. Кузьменков , И.С. Мухин

Комментарии (11)


  1. AKudinov
    10.01.2023 18:05
    +2

    Очень жаль, что в статье так и не была раскрыта тема того, какой именно физический процесс в диоде Шоттки позволяет ему изолировать сигнал с частотой 22 кГц. Вообще, диоды достаточно быстродействующие, и 22 кГц для них вполне обычная рабочая частота, даже для мощных.
    Далее. Что означают графики? Это коэффициент передачи от входа "DC" до выхода "LNB"? Тогда схема не работает вообще, т.к. сигнал 22 кГц она ослабляет на 50 дБ, а постоянного тока блокирует совсем? Какой уровень тестового сигнала использовался при измерении? Может быть, напряжения просто недостаточно для открытия pn-перехода, и на графике мы видим просто ёмкость закрытого перехода?


    1. iggr63
      11.01.2023 01:29

      А может быть это схема для подавления 22 кГц которые нужны для двух частотного гетеродина и не нужны в универсальных конверторах? Непонятная статья.


      1. EfimkinDM Автор
        11.01.2023 10:35

        Почти. Не для подавления, а для того что бы "не сливать" сигнал 22 КГц в линию питания.


    1. EfimkinDM Автор
      11.01.2023 10:32

      Спасибо за развернутый комментарий.
      Задача "донести не расплескав" 22 КГц до LNB мимо линии DC. Т.е. Диод тут выступает именно в роли дросселя на этой частоте(в названии статьи указано). Маленькая катушка последовательно добавлена, что бы скомпенсировать емкостное шунтирование. В целом, надо что бы вообще ничего кроме DC в этой линии не проходило.
      Что касается открытого/закрытого перехода. Так и так пробовал. Картина особо не меняется.
      "Обычная рабочая частота" у них в килогерцовом диапазоне, если речь идет о специальных выпрямительных диодах. Возможно у них и ёмкость сильно больше.
      На счет объяснения физического процесса в самом диоде - согласен, очень жаль что не получилось раскрыть эту тему. Информации, кроме приведенной статьи в конце, не нашлось.


  1. tnt23
    10.01.2023 18:32

    параметры рассеивания

    Я не специалист, но вроде бы scattered parameters в русскоязычной литературе чаще называют S-параметры?


    1. EfimkinDM Автор
      11.01.2023 10:38

      Спасибо. И так тоже. Напишешь S-параметр - кто-нибудь не поймет о чем вообще речь.


  1. Qvarknn
    10.01.2023 19:28
    +1

    Для наглядности желательно привести графики для S12 и S21 для схем без диода и с ним. При прочих равных условиях.


    1. EfimkinDM Автор
      11.01.2023 10:42

      Согласен. Так было бы лучше с методической точки зрения. Хотя бы ради примера, привести графики пропускной способности разных L и C цепей. Для наглядности


  1. B0Z0NHIGGSA
    11.01.2023 11:34

    мне кажется, что видосики w2aew более содержательней чем статья

    https://youtu.be/lxgpm-UXTNY


    1. EfimkinDM Автор
      11.01.2023 14:03
      +1

      Спасибо. Отличный ролик, но статья не о том.


  1. YDR
    12.01.2023 00:07
    +1

    а давайте картинку на осциллографе? Вот сигнал 22 кГц с генератора через 50 Ом резистор, например, вот подаем питание от источника, вот что стало с сигналом, и т.д., и объяснение.

    А то сдается мне, что измерения не вполне корректные.