КОАКСИАЛЬНЫЙ АТТЕНЮАТОР Российский патент 1994 года по МПК H01P1/22 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к устройствам регулирования уровня сигнала, и предназначено для использования в широкополосной радиоизмерительной аппаратуре.

Известны аттенюаторы [1-3], которые содержат плоский резистивный элемент - отрезок плоской резистивной линии. Тонкопленочная резистивная линия представляет собой диэлектрическую подложку (из поликора, сапфира и т.п.), на которую с одной или с обеих сторон нанесен резистивный поглощающий) слой с корпусными и центральными проводящими контактами. Конструктивно корпусные контакты соединяются с внешним проводником коаксиальной линии, а центральный контакты - с концами внутренних проводников коаксиальной линии входа-выхода аттенюатора. Места сочленения плоской тонкопленочной резистивной линии с коаксиальной линией являются неоднородностями, которые в наибольшей мере определяют как величину коэффициента отражения ( КСВН), так его неравномерность по диапазону частот, особенно в широкополосной радиоаппаратуре. Естественно, что это сказывается на неравномерности характеристик ослабления, следовательно, на погрешности значения ослабления в широкой полосе частот.

Достаточно высокие характеристики аттенюаторов по КСВН и ослаблению получены в [2,3], и на дальнейшее их улучшение, в основном в частности равномерности характеристик КСВН в широкой полосе СВЧ, направлено изобретение.

Применение особой формы концов внутренних проводников в [3], принятом за прототип, позволило значительно улучшить в согласование перехода от круглой коаксиальной линии к плоскому резистивному элементу.

Однако в указанных аттенюаторах при регулировке КСВН наблюдается перемещение максимумов кривой КСВН из района частот 5-11 ГГц в район частот 11-18 ГГц и обратно, т.е. при регулировке на минимальный КСВН в поддиапазоне частот 11-18 ГГц увеличивается "горб" кривой КСВЕ на частотах 6-9 ГГц и, наоборот, при регулировке на минимальной КСВН на частотах 6-9 ГГц увеличивается КСВЕ в поддиапазоне частот 13-17 ГГц, т.е. неравномерность КСВН велика для некоторых применений. Для широкополосной радиоаппаратуре, в частности для импульсной, крайне важно иметь равномерную кривую КСВН и ослабления во всем частотном диапазоне от 0 до 18 ГГц.

Изобретение решает задачу улучшения равномерности характеристик КСВН и ослабления и снижения КСВН на верхних частотах рабочего диапазона частот.

Решение этой проблемы возможно, если в местах сочленения центральных контактов тонкопленочной резистивной линии с концами внутренних проводников уменьшить влияние диэлектрической подложки путем изъятия части диэлектрика в пространстве между внешним проводником аттенюатора и центральными контактами, уменьшив тем самым емкостную избыточность и приблизив импеданс переходного узла и волновому сопротивлению коаксиальной линии.

Изъятие части диэлектрика из пространства между корпусными и центральными контактами можно выполнить различными вариантами: выполнить отверстия круглой, прямоугольной и т.п. формы; выполнить скосы в месте расположения центральных контактов; выполнить полукруглые или иной формы вырезы. Два последних варианта приводят к значительному механическому ослаблению (потере прочности) резистивного элемента и технологически трудны, особенно при прогрессивной групповой технологии изготовления резистивных элементов.

Наиболее технологичными и механически достаточно прочным является способ изготовления отверстий при помощи прожигания лазером или сверления алмазным сверлом, при этом отношение площади отверстий к общей площади между центральными и корпусными контактами резистивного элемента не должно превышать 30-35% ( ≈ 1/3). При уменьшении площади отверстий менее 15-20% снижается эффект улучшения согласования. Оптимальные отношения площадей отверстий (как показал эксперимент) лежит в пределах от 1/5 до 1/3.

Сущность изобретения заключается в том, что в коаксиальном аттенюаторе, содержащем два отрезка коаксиальной линии, которые соединены отрезками с потерями, образованным металлической втулкой и тонкопленочной резистивной линией на диэлектрической подложке (пластине), закрепленной корпусными контактами в продольных прорезях металлической втулки и центральными контактами в пазах, выполненных в концах внутренних проводников отрезков коаксиальной линии входа-выхода аттенюатора, в диэлектрической подложке (пластине) резистивной линии в местах отсутствия резистивного слоя между корпусными и центральными контактами по обе (или одной) стороны концов внутренних проводников выполнены отверстия круглой, прямоугольной или другой формы, уменьшающие эффективную диэлектрическую проницаемость узла сочленения плоской тонкопленочной резистивной линии с круглой коаксиальной линией, т. е. обеспечивающие уменьшение электрической неоднородности узла сочленения, причем отношение суммарной площади отверстий составляет от 1/5 до 1/3 общей площади между центральными и корпусными контактами.

На фиг. 1 представлен коаксиальный аттенюатор; на фиг.2а,б,в - отрезок резистивной линии, где 1 - отрезки коаксиальной линии; 2 - резистивная линия на диэлектрической подложке, 3 - металлическая втулка, 4 - концы внутренних проводников, 5 - отверстия в диэлектрической подложке резистивной линии, 6 - корпусные контакты резистивной линии, 7 - центральные контакты резистивной линии; на фиг.3 представлены для сравнения типичные характеристики аттенюатора с резистивной линией без отверстий (кривая I) и с отверстиями (кривая II) по обе стороны центральных контактов.

Коаксиальный аттенюатор содержит два отрезка коаксиальной линии 1, соединенные резистивной линией 2, закрепленной корпусными контактами 6 в прорезях втулки 3 и центральными контактами 7 в пазах концов 4 внутренних проводников, с обеих сторон которых в диэлектрической подложке резистивной линии 2 выполнены отверстия 5.

Аттенюатор работает следующим образом.

Сигнал, поступающий на вход коаксиальной линии 1, претерпевает отражения на неоднородностях в местах сочленения тонкопленочной резистивной линии с концами 4 внутренних проводников, по обе стороны которых в диэлектрической подложке выполнены отверстия 5, благодаря которым обеспечивается уменьшение эффективной диэлектрической проницаемости и уменьшается избыточная емкостная составляющая импеданса, импеданс узла сочленения приближается к волновым сопротивлениям коаксиальной и резистивной линий и обеспечивается наилучшее согласование. Это позволяет улучшить равномерность характеристик КСВН и ослабления аттенюатора в широком диапазоне частот и уменьшить КСВН на верхних частотах диапазона.

Практически исследовалось восемь макетов аттенюаторов на ослабление 3,6,10,20дБ, в частности, в диапазоне 1-18 ГГц с резистивными элементами (фиг. 2), имеющими круглые отверстия O 0,8 мм (фиг.2а), квадратные 0,8х0,8 мм (фиг. 2б) и прямоугольные 0,6х0,8 мм и 0,4х0,8 мм (фиг.2в). Их площадь лежит в указанных выше пределах от 1/5 до 1/3. Все проведенные эксперименты подтвердили улучшение равномерности КСВН и ослабления и снижение КСВН на верхнем участке СВЧ-диапазона.

Из фиг. 3 видно, что у аттенюаторов с резистивной линией без отверстий КСВН изменяется от 1,06 до 1,3, т.е. неравномерность составляет ± 0,12, а у аттенюаторов с резистивной линией с отверстиями с обеих сторон центральных контактов КСВН изменяется от 1,08 до 1,16, т.е. неравномерность составляет± 0,04 (улучшение в 3 раза), и КСВН на верхних частотах снижается с 1,3 до 1,16 (кстати, лучшие зарубежные аттенюаторы этого класса имеют наименьшее КСВН-1,3-1,35 в диапазоне частот 12-18 ГГц).

Использование: в радиотехнике СВЧ-диапазона. Сущность изобретения: аттенюатор содержит два отрезка коаксиальной линии, соединенные отрезком линии с потерями. Отрезок линии с потерями образован металлической втулкой и тонкопленочной резистивной линией на диэлектрической подложке, закрепленной в прорезях втулки и в пазах концов внутренних проводников корпусными и центральными контактами. В диэлектрической подложке резистивной линии выполнены отверстия по крайней мере с одной стороны центральных контактов. Суммарная площадь отверстий составляет от 1/5 до 1/3 площади поверхности между центральными и корпусными контактами резистивной линии. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. КОАКСИАЛЬНЫЙ АТТЕНЮАТОР, содержащий два отрезка коаксиальной линии, соединенные отрезком линии с потерями, образованной металлической втулкой и тонкопленочной резистивной линией на диэлектрической подложке, закрепленной корпусными контактами в продольных прорезях металлической втулки, а центральными контактами - в пазах, выполненных в концах внутренних проводников отрезков коаксиальных линий, отличающийся тем, что в диэлектрической подложке тонкопленочной резистивной линии выполнены отверстия по крайней мере с одной стороны центральных контактов в месте сочленения их с концами внутренних проводников отрезков коаксиальной линии. 2. Аттенюатор по п.1, отличающийся тем, что суммарная площадь отверстий составляет от 1/5 до 1/3 площади поверхности диэлектрической подложки между центральными и корпусными контактами.