P-I-N діоди, чи все так просто (звичайнi, обмежувальнi або RF лiмiтери)

Класично, захиститись вiд перенавантаження входу приймального тракту SDR, аналізаторів спектру та LNA з цiллю апаратного захисту можна придушенням сигналу (обмеженням його амплiтуди). Слiд зазначити, що будь-який обмежувач на тих же зустрiчно-паралельних ВЧ/НВЧ діодах чи RF лімiтерах на p-i-n діодах є широкосмуговим й нема проблем використовувати це рiшення вiд DC до десяткiв гiгагерць. Хоча для окремих LNA є нюанси по динаміці. Наприклад, для PGA103+ вiд Mini-Circuits нормується максимально-допустима вхiдна потужнiсть в CW до +21 dBm (2.5 V) на частотах вiд 50 до 2000 MHz та +26 dBm (4.46 V) вiд 2000 до 4000 MHz. Якщо використати захист в зустрiчно-паралельному включеннi по одному дiоду на тих же Шоткі, це призведе до втрати динамики....

Чому? Ви ж пам'ятаєте, що для того ж кремнію типова напруга відкриття порядку 0.4..0.7 V? А це призведе до того що приймач мiг би ще робити при сильних сигналах до 2.5 V, але сигнал вже обрізали. А це нелiнiйнi спотворення на входi. Тому при використанні звичайних ВЧ діодів використовують послідовне включення декількох в паралельних ланках обмежувачів. Звичайні p-i-n дiоди використовуються в трактах комутування передавачiв (TX) та приймачiв (RX) з подачею напруги керування. Без урахування паразитних LC являє собою лінійний резистор, опір якого при прямому зміщенні значно менше, ніж при зворотному, долi Ohm. Також p-i-n можна паралелити для збiльшення шунтування або включати послідовно для збiльшення ступеня розв'язки. При важкому тепловому режимі, роботі на неузгоджене навантаження або XX/КЗ можуть деградувати та мати витік у закритому стані, підкорочувати навантаження. Як наслiдок вихiдна потужнiсть передавача зменшується, а чутливiсть приймача погіршується.

Як правило, тракти TX та RX з p-i-n працюють на антену з розв'язуючим дроселем або ¼ хвильовою лінією:

При TX правий p-i-n діод відкритий напругою і пропускає RF в навантаження, а p-i-n діод на RX відкритий цією ж напругою та шунтує його на землю. Закорочена вiдкритим p-i-n ¼ хвильова лінiя має max імпеданс і є пробкою, що зменшує сигнал TX. У режимі RX обидва p-i-n закриті, тракт TX ізольований, а RX підключений до антени:

Обмежувальнi p-i-n дiоди або RF лiмiтери

В сутностi той же p-i-n, але з тонкою базою до 5 мікрон, завдяки чому можуть арбайтен без подання напруги відкриття. 

Товщина базового шару суворо контролюється для одержання постійних точок компресії вхідного сигналу 1 dB у схемах лімітера. Через відкритий RF полем діод тече струм, на діоді розсіюється потужність, що переходить у тепло. Дуже низький тепловий опір до 150 ºC/W дозволяє працювати до +33 dBm CW або +47 dBm при ширині імпульсу 1 us і робочому циклі 0.1% при власних втратах менше 0.2 dB на 1 GHz. Зі зростанням частоти втрати зростають до 2-3 dB. 

Також можуть працювати як ESD захист. Наприклад лімітери до 18 GHz невеликої потужності MLP7130-0805-2, MA4L011-134. На AliExpress доступні RF лiмiтери до 6 GHz у компактному виконанні 1 або 2:

Постскриптум

Шановні читачі, якщо мої дописи вас зацікавили – пiдтримайте збiр або ставайте спонсорами Youtube-каналу LaboratoryW з ексклюзивними лайфхаками.

Кориснi матерiали

1. Робота РЕБ та PEP в комплексi та захист PEP приймачiв вiд впливу РЕБ в ближньому полi
2. Увімкнення модуля РЕБ в автоматичному режимі з TinySA Ultra
3. Завади для керування БПЛА. На сьогодні існує кілька видів атак на Lora
4. Для чого розносити РЕБ та РЕР в просторi та за часом
5. LR-FHSS. Як працює ППРЧ в Lora
6. Запис сигналу БПЛА Суперкам для перевірки детекторів дронів
7. SAW (ПАВ) фiльтр для збiльшення дальностi польотiв БПЛА
8. P-I-N діоди, чи все так просто (звичайнi, обмежувальнi або RF лiмiтери)
9. Модулi завад РЕБ та проблематика гонки дiапазонiв
10. Автомаяк в FM при виявленнi в спектрi на Lora та вiдео з БПЛА
11. Детектор дронiв "Цукорок Ванiльний" з захистом вiд РЕБ
12. Про фiдер замовте слово...
13. Як правильно тестувати антени
14. Як скласти сигнали спіральних антен з одностороннім намотуванням або антен лiнiйних полярізацiй
15. Індуктивності та BIAS дроселi, чи все так просто?
16. Не забувайте пiдтягувати потенцiали вiльних пiнiв власних девайсiв
17. Як оцінити підсилення рупорної антени
18. Приклад, коли лiмiтер лiплять прямо в саморобну антену для PEP
19. Антени для PEP детекторів дронів. Рекомендації щодо застосування
20. Передача відеосигналу PAL, NTSC, SECAM, D/D2-MAC з HackRF
21. Кориснi ресурси та лайфхаки з HackRF для РЕР