CC BY
272
Серийные детекторы СВЧ (обзор)
1 2 3 3
В.П.Бутков , Д.Е. Губарев , А.Н.Зикий , П.Н.Зламан
1пенсионер
2 Таганрогский научно-исследовательский институт связи, Таганрог
о
Южный Федеральный Университет, Таганрог
Аннотация: Проведен обзор серийных детекторов СВЧ отечественных и зарубежных производителей для диапазона частот 0,1-220ГГц. Рассмотрено более 60 моделей детекторов СВЧ. Приведены краткие сведения об их параметрах. Материал статьи может быть полезен для инженеров при проектировании приемной и измерительной аппаратуры.
Ключевые слова: серийные детекторы СВЧ, основные электрические параметры, присоединительные размеры, чувствительность, динамический диапазон.
Детекторы СВЧ наиболее широко используются в измерительной технике. Кроме того, они находят применение в приемниках предупреждения об облучении, в амплитудных пеленгаторах, в приемниках обнаружения сигналов для радиомониторинга и радиоконтроля, поэтому их изучение является актуальным.
В России производством детекторов СВЧ занимаются АО НПП "Исток", АО "Микран", ННИПИ "Кварц", АО "Салют", АО "Контакт", НИИПП и ряд других предприятий. За рубежом еще больше фирм производят детекторы СВЧ. Перечислим только некоторые из них: "Agilent" (Avago), ВНИИРИП (Вильнюс), МНИПИ (Минск), Elisra (Израиль), Skyworks (США), Linwave Technology, Anritsu, Linear Technology, Teledyne Microwave Solution.
В статье не обсуждаются логарифмические детекторы, обзор которых был проведен ранее [1].
Серию детекторных СВЧ модулей миллиметрового диапазона волн производит НИИ полупроводниковых приборов, г.Томск [2]. Информация о них приведена в таблицах 1 и 2. Конструктивно детекторы выполнены в виде
волноводного фланца. Подача тока смещения - через штырьковой вывод или коаксиальный разъём.
Таблица №1
Электрические параметры широкополосных детекторов при Т=250 С [2]
Наименование параметра, единица измерения Обозначение М53401-1 М53401-2 М53401-3 М53401-4
Рабочий диапазон частот, ГГц Д£раб 26,5...37,5 37,5.52,0 52,0.78,0 78,. 118,0
Чувствительность по напряжению, мВ/мВт Pv >1500 >1500 >1500 >1500
Коэффициент стоячей волны по напряжению Кт.ивх <3 <3 <3 <3
Таблица №2
Электрические параметры узкополосных детекторов [2]
Наименование параметра, единица измерения Обозначение Норма
М53402-1 М53402-2
Полоса рабочих частот, ГГц Мп 32-36 32-36
Тангенциальная чувствительность, дБ/мВт: р* < -50 < -51
Коэффициент стоячей волны по входу, отн. ед. Кст.ивх <1,8 <1,8
Напряжение выходного сигнала, мВ: -для М53402-1 при мощности на входе минус 34 дБ/мВт -для М53402-2 при мощности на входе 39 дБ/мВт Ие >1 >1
Ток прямого смещения, мкА Iпр <50 -
Напряжения питания, В Ипит - 6
Сопротивление нагрузки, к Ом К. 1 2
В таблице 2 и далее под тангенциальной чувствительностью в соответствии с ГОСТ25529-82 понимается значение импульсной мощности СВЧ сигнала, при котором на экране осциллографа, включенного на выходе системы «детекторное устройство - видеоусилитель» наблюдается совпадение верхней границы полосы шумов при отсутствии СВЧ сигнала с нижней границей полосы шумов при его наличии.
Низкобарьерные широкополосные детекторы ННИПИ "КВАРЦ" [3] Применяются в качестве датчиков мощности и для специальных целей. Используются в системе автоматической регулировки мощности в генераторах сигналов и синтезаторах частот, в приемных устройствах для выделения низкочастотной огибающей высокочастотного сигнала, в панорамных и импульсных измерениях.
Эти детекторы имеют высокую чувствительность и работают без смещения. Основные характеристики приведены в таблицах 3-5.
Таблица №3
Технические характеристики коаксиальных детекторов [3]
Параметры Тип
КСБ-18 КСБ-26 КСБ-4
Диапазон частот, ГГц 0,01-18 0,01-26,5 0,01-40
Соединители: Вход* Выход* Ы(т) БМЛ(т) К(т) или 2,4(т)
БМЛф БМЛф БМЛф
Чувствительность по напряжению, мВ/мВт: типичная минимальная 300 200 300 200 300 200
Неравномерность чувствительности, дБ ±0.5 ±0.5 ±0.5
Тангенциальная чувствительность на частоте модуляции 1кГц (полоса 40 Гц),дБм** -55 -55 -55
Полоса видеосигнала (типичная), МГц*** 10 10 10
Сопротивлениенагрузки (типичное),МОм 1 1 1
Максимальная входная мощность в режиме НГ,дБм +20 +20 +20
Примечания: * Возможно изготовление детекторов с соединителями типа III, IX с метрической резьбой
по ГОСТ 13317-89 вместо соединителей типа N БЫЛ с дюймовой резьбой. Тип выходного разъема может быть определен заказчиком.
Таблица №4
Волноводные детекторы для волноводов типа 'К по международной
классификации [3]
Параметры Тип
К^-42 К^-28 К^-22 К'Б-19 К^-15 К'Э-Ю К'Б-08 К'Б-06
Диапазон частот, ГГц 18-26.5 26,5-40 33-50 40-60 50-75 75-110 90-140 110-170
Входной волновод ^-42 ^-28 ^-22 ^-19 ^-15 ^-10 ^-8 ^-6
Тип фланца* иО-595/и иО-599/и иО-383/и иО-383/и иО-385/и иО-387/и-М иО-387/и-М иО-387/и-М
Чувствительность по напряжению, мВ/мВт: типичная минимальная 4000 2500 3500 2000 3000 1500 2500 1200 2000 1000 1500 700 1200 500 500 300
Неравномерность чувствительности (типовая), дБ ±1,0 ±1,0 ±1,0 ±1,0 ±1,5 ±2,0 ±2,0 ±2,5
Тангенциальная чувствительность на частоте модуляции 1кГц (полоса 40Гц), дБм** -55 -55 -50 -50 -50 -45 -42 -42
Типичная видеополоса, МГц*** 10 10 10 10 10 10 10 10
Типичное сопротивление нагрузки, МОм 1 1 1 1 1 1 1 1
Максимальная входная мощность (в режиме НГ), дБм +20 +20 +20 +20 +20 +20 +20 +20
Примечания: *Выходной соединитель типа БМЛ(Г) **При сопротивлении 50 Ом.
Таблица №5
Волноводные детекторы для волноводов по ГОСТ 13317-89 [3]
Параметры Тип
KWD-26 KWD-37 KWD-53 KWD-78 KWD-118 KWD-178
Диапазон частот, ГГц 17,44-25,86 25,86-37,5 37,5-53,57 53,57-78,33 78,33-118,1 118,1-178,4
Входной волновод* 11x5,5 7,2x3,4 5,2x2,6 3,6x1,8 2,4x1,2 1,6x0,8
Чувствительность по напряжению, мВ/мВт: типичная минимальная 4000 2500 3500 2000 3000 1500 2000 1000 1500 700 500 300
Неравномерность чувствительности (типовая), дБ ±1,0 ±1,0 ±1,0 ±1,5 ±2.0 ±2,5
Тангенциальная чувствительность на частоте модуляции 1кГц (полоса 40Гц), дБм** -55 -55 -50 -50 -45 -42
Типичная видеополоса, МГц*** 10 10 10 10 10 10
Типичное сопротивление нагрузки, МОм 1 1 1 1 1 1
Максимальная входная мощность(в режиме НГ), дБм +20 +20 +20 +20 +20 +20
Примечания: *Выходной соединитель типа 1Х(Р), может быть определен заказчиком. **При сопротивлении 50 Ом.
Таблица №6
Детекторы коаксиальные [4]
Условное обозначение Тип соединителя Диапазон частот, ГГц Чувствительность, мкВ/мкВт, min Перепад чувствительности, дБ КСВН, max Масса, г, (±15%)
DM-1 III(B) N(m) 0.5-18.0 300 ±2.0 2.5 65
DM-2 IX(B) SMA,APC-3.5(m) 0.5-26.0 250(0.5-20.0 ГГц) 50 (20,0-26,0 ГГц) ±2.5 2.5 (0.5-20.0 ГГц) 3.0(20.0-26.0 ГГц) 38
DM-3 I(B) 0S-50, APC-2/4(m) 0.5-40.0 200 - 3.5 30
Таблица №7
Детекторы направленные
Условное обозначение Тип соединителя Диапазон частот, ГГц Чувствительность, мкВ/мкВт, тт Перепад чувствительности, дБ Направленность, дБ,тт КСВН Основного канала,max Масса, г, (±15%)
ББ Ш(Р) Щ) 1.0-12.5 2 ±1.5 25 1.25 800
Таблица №8
Детекторы волноводные
Условное обозначение Тип соединителя Диапазон частот, ГГц Чувствительность, мкВ/мкВт, тт Перепад чувствительности, дБ Направленность, дБ,тт КСВН основного канала,max Масса, г, (±15%)
ББ-Р - 18-37.5 100 - - - -
ББ-О - 52-178 30 - - - -
Детекторы предприятия "Салют" (Нижний Новгород) [5]
Таблица №9
Технические характеристики
Параметры Серия
СКВД301 СКВД302
Диапазон частот, ГГц 26-38 26-38
Полоса рабочих частот, ГГц 12
Чувствительность при полосе видеотракта 10 МГц, мВ/мВт 2500 4000
Напряжение питания, В 0.6-0.7 0.6-0.7
Потребляемый ток, мкА 50-150 50-150
Диапазон рабочих температур,С 0...+85 0...+85
Габаритные размеры, мм 28x22x4 28x22x4
Масса, г 10 10
Корпуса негерметичные;
Вход СВЧ сигнала через внешний волновод 7,2x3,4 мм; Устойчивы к механическому воздействиям;
В составе герметизированной аппаратуры диапазон рабочих температур от -60 до +85 0С.
Таблица №10
Детекторы МНИПИ (Минск) и ВНИИРИП (Вильнюс) [6,7]
Тип детектора ТУ Источник Информации Диапазон Рабочих Частот, ГГц Фирма изготовитель Чувствительность по напряжению мВ/мВт Неравномерность чувствительности, дБ Присоединительные размеры по ГОСТ13317
ДВШМ-101 [6] 17-26 МНИПИ 4000 ±1,5 Волновод 11x5,5 мм
ДВШМ-102 [6] 26-37,5 МНИПИ 4000 ±1,5 Волновод 7,2x3,4 мм
ДВШМ-103 - [6] 37,5-53,5 МНИПИ 3000 ±1,5 Волновод 5,2x2,6 мм
ДВШМ-104 - [6] 53,5-78 МНИПИ 2000 ±2 Волновод 3,6x1,8 мм
ДВШМ-105 [6] 78-118 МНИПИ 1000 ±2,5 Волновод 2,4x1,2 мм
ГД-05 [7] 32,5-53,57 ВНИИРИП Волновод 5,2x2,6 мм
ГД-06 [7] 53,57-78,33 ВНИИРИП Волновод 3,6x1,8 мм
ГД-07 [7] 118,1-178,4 ВНИИРИП Волновод 1,6x0,8 мм
ГД-08 ГВ2.245. 034 ГВ2.744.020Т0 37-53 ВНИИРИП 170 - Волновод 5,2x2,6 мм
ГД-09 ГВ2.245. 034-01 ГВ2.744.020Т0 53-78 ВНИИРИП 170 - Волновод 3,6x1,8 мм
ГД-10 [7] 78-118 —1|— - - Волновод 2,4x1,2 мм
ГД-12 [7] 53-78 —1|— - - Волновод 3,6x1,8 мм
ГД-13 [7] 118,1-178,4 —1|— - - Волновод 1,6x0,8 мм
ГД-14 [7] 78,33-118,1 —||— - - Волновод 2,4x1,2 мм
ГД-22 [7] 25,95-37,5 —||— - - Волновод 7,2x3,4 мм
ГД-23 [7] 140-220 —1|— - - Волновод 1,3x0,65 мм
ГД-МВМ-20 [7] 0,01-20 Коаксиал
ГД-МВМ-25 [7] 17,44-25,95 Волновод 11х5,5
ГД-МВМ-37 [7] 25,95-37,5 Волновод 7,2х3,4
ГД-МВМ-53 [7] 37,5-53,57 Волновод 5,2х2,6
ГД-МВМ-78 [7] 53,57-78,33 Волновод 3,6х1,8
ГД-МВМ-118 [7] 78,33-118,1 Волновод 2,4х1,2
ГД-МВМ-178 [7] 118,1-178,4 Волновод 1,6х0,8
Таблица №11
Технические параметры детекторов НПФ "Микран" [8,9]
Обозначение Соединители Диапазон Неравномерность КСВН, Р 1 макс Полярность
Вход Выход частот, ГГц АЧХ, дБ не более дБм
Д5А-20-03-03Р Тип IX Тип IX -
Д5Б-20-03-03Р вар.З(вилка) по ГОСТ РВ 51914-2002 вар.З(розетка) по ГОСТ РВ 51914-2002 +
Д5А-20-03-13Р Тип IX Тип 3,5мм -
Д5Б-20-03-13Р вар.З(вилка) по ГОСТ РВ (вилка) по ГОСТ РВ +
51914-2002 51914-2002 0,01-20 ±1,5 1,25 +21
Д5А-20-13-03Р Тип 3,5мм Тип IX -
Д5Б-20-13-03Р (вилка) по ГОСТ РВ 51914-2002 вар.З(вилка) по ГОСТ РВ 51914-2002 +
Д5А-20-13-13Р Тип 3,5мм Тип 3,5мм -
Д5А-20-13-13Р (вилка) по ГОСТ РВ 51914-2002 (вилка) по ГОСТ РВ 51914-2002 +
Д5А-50-05-03Р Тип 2,4мм Тип IX 12,5 -
Д5Б-50-05-03Р (вилка) по ГОСТ РВ 51914-2002 вар.3(вилка) по ГОСТ РВ 51914-2002 ±1,5 (0,01-26,5ГГц) (0,01-26,5ГГц) +25 +
Д5А-50-05-13Р Тип 2,4мм Тип 3,5мм 0,01-50 1,5 -
Д5Б-50-05-13Р (вилка) по ГОСТ РВ 51914-2002 (вилка) по ГОСТ РВ 51914-2002 ±3,5 (26,5-50ГГц) (26,5-40ГГц) 2,5 (40-50ГГц) +
Чувствительность по напряжению при мощности входного сигнала менее минус 20дБ составляет 240 мВ/мВт при нагрузке 1 кОм.
Детекторы фирмы Linwave Technology [10] Детекторы СВЧ в корпусах QFN рассчитаны на рабочие частоты 1-18ГГц, имеют неравномерность характеристики ±1дБ; чувствительность
800 мВ/мВт (входная мощность-20 дБм) и максимальную непрерывную входную мощность 20 дБм.
Детекторы мощности с коаксиальными соединителями рассчитаны на частоты 18-42 ГГц. Динамический диапазон равен -40...+15 дБм; минимальный детектируемый сигнал составляет -40дБм; максимальная неравномерность характеристики ±3дБм; предельная мощность 20дБм в непрерывном режиме и 26 дБм в импульсном.
Таблица №12
Основные параметры детекторов на основе диодов с планарным
легированием [11]
Тип Диапазон частот, ГГц Чувствительность при слабом сигнале, мВ/мкВт Рмакс ,мВт Ри, Вт
8471Б 0,0001-2 >0,5 100 0,7
8471Е 0,01-12 >0,4 200
8473Б 0,01-33
8474В 0,01-18
8474С 0,01-33
8474Е 0,01-50
Таблица №13 Основные параметры детекторов на основе диодов Шоттки [11]
Тип Диапазон частот, ГГц Чувствительность при слабом сигнале, мВ/мкВт Рмакс ,мВт Ри, Вт
423В 0,01-12.4 100 0,7
8470В 0,01-18 >0,5 200
8472В 0,01-38
8473В 0,01-18
8473С 0,01-26.5 >0.5 до 18 ГГц
>0,18 до 26,5 ГГц
Заключение
Проведён обзор серийных детекторов СВЧ. Выявлены следующие тенденции их развития:
— расширение диапазона рабочих частот микрополосковой конструкции до 50 ГГц;
— расширение диапазона частот волноводной конструкции до 220 ГГц;
— расширение динамического диапазона за счет использования нескольких диодов;
— улучшение согласования детекторов по входу;
— температурная компенсация в широком диапазоне температур;
— миниатюризация массы и габаритов вплоть до изготовления монолитных интегральных схем [12].
Некоторые фирмы изготавливают детектирующие устройства с двумя функциями:
— антенны-детекторы;
— детекторы проходящей мощности на основе направленного ответвителя;
— детекторы-модуляторы;
— ограничители-детекторы;
— детекторы - видеоусилители;
— аттенюаторы-детекторы.
Результаты работы могут найти применение при проектировании приемников СВЧ [13-15].
Литература
1. Беляев Д.В., Бурлаченко А.А., Зикий А.Н., Румянцев К.Е.
Логарифмические детекторы (обзор). В электронном журнале
"Информационное противодействие угрозам терроризма", 2008, №12,
часть 2, с. 241-249.
2. Реклама НИИ полупроводниковых приборов, Томск. URL:niipp.ru/catalog/detail/php?ID=251.
3. Коаксиальные, волноводные и оптические устройства. Каталог ННИПИ "Кварц", Нижний Новгород, 2002. -81с.
4. Каталог продукции АО ЦНИИА, г. Саратов. URL: cime.ru/catalogue/ais/means/microwave/coaxial-lin.
5. Техника СВЧ. Каталог НПП "Салют", Нижний Новгород, 1997. -152с.
6. Высокочувствительные детекторы миллиметрового диапазона серии 100. Реклама МНИПИ, Минск, 1990. 1-2с.
7. Головки детекторные. Каталог ООО "Приборэлектро", 2017. -1с. URL: priborelectro.ru/product/price/73.
8. Контрольно-измерительная аппаратура и элементы СВЧ тракта. Каталог ЗАО НПФ "Микран", 2014. -100с.
9. Andrey S. Zagorodny, Aleksey V. Drozdov, Nikolay N. Voronin, Igor V. Yunusov "Modeling and Application of Microwave Detector Diodes" IEEE 14 International conference and seminar of young specialists on micro.nanotechnologies and electron devices (EDM), 2013: proc., Altai, Erlagol, 2013. Novosibirsk : NSTU, 2013. pp. 96-99.
10. Егоров Н. ВЧ/СВЧ-изделия компании Linwave Technology. Компоненты и технологии, 2014, N 2, c. 126-130.
11. Дьяконов В.П. СВЧ-аксессуары фирмы Ageilent Technologies. Компоненты и технологии, 2011, №9, с. 164-170.
12. Загородний А.С. Измерители мощности сигналов СВЧ и КВЧ диапазонов на основе диодных детекторов. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Томск, ТУСУР, 2014. -120 с.
13. Receiving Products: Amplitude and frequency measurement. Elisra Microelectronics. 77 p.
14. Пустовалов А.И. Двухканальное приемное устройство СВЧ диапазона // Инженерный вестник Дона, 2010, №2 URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n2y2010/195.
15. Шурховецкий А.Н. Многоканальная частотно-избирательная система СВЧ диапазона на основе направленных фильтров бегущей волны // Инженерный вестник Дона, 2010, №4 URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n4y2010/292.
Reference
1. Belyaev D.V., Burlachenko A.A., Zikiy A.N., Rumyantsev K.E. Elektronny zhurnal "Informatsionnoe protivodeystvie ugrozam terrorizma", 2008, №12, chast' 2, p.241.249.
2. Reklama NII poluprovodnikovyh priborov [Advertising, research Institute of semiconductor devices], Tomsk.
3. Katalog NNIPI —Kvarts" [Catalog NNIPI "Quartz"], Nizhniy Novgorod, 2002. 81p.
4. Katalog produktsiy AO TSNIIA, Saratov. URL: cime.ru.catalogue.ais.means.microwave.coaxial.line.
5. Katalog NPP "Salut" [Catalogue of NPP "salute"], Nizhniy Novgorod, 1997. 152 p.
6. Reklama MNIPI [Advertising MNIPI], Minsk, 1990. p. 1.2.
7. Katalog OOO "Priborelektro", 2017. 1p. URL: priborelectro.ru.product.price.73
8. Katalog ZAONPF "Mikran" [Catalog SANPF "Micran"], 2014. 100p.
9. Andrey S. Zagorodny, Aleksey V. Drozdov, Nikolay N. Voronin, Igor V. Yunusov "Modeling and Application of Microwave Detector Diodes" IEEE 14 International conference and seminar of young specialists on micro.nanotechnologies and electron devices (EDM), 2013: proc., Altai, Erlagol, 2013. Novosibirsk : NSTU, 2013. pp. 96-99.
10. Egorov N. Komponenty i tehnologii, 2014, №2, p. 126.130.
11. D'yakonov V.P. Komponenty i tehnologii, 2011, №9, p. 164.170.
12. Zagorodniy A.S. Izmeritely moschnosty signalov SVCH i KVCH diapazonov na osnove diodnyh detektorov. Dissertatsiya na soiskanie uchionoy stepeni k.t.n [Measuring the signal power of the microwave and EHF ranges based on diode detectors. The dissertation on competition of a scientific degree of candidate of technical Sciences.]. Tomsk, TUSUR, 2014. 120 p.
13. Receiving Products: Amplitude and frequency measurement. Elisra Microelectronics. 77 p.
14. Pustovalov A.I. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2010, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2010/195.
15. Shurhovetskiy A.N. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2010, №4 URL:
ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2010/292.
