МИКРОПОЛОСКОВАЯ НАГРУЗКА Российский патент 1995 года по МПК H01P1/26 

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к технике сверхвысоких частот (СВЧ), и может быть использовано в радиолокации, радиосвязи и измерительной технике, преимущественно в качестве оконечной нагрузки.

Известен высокочастотный резистор, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположено заземляющее основание, а на другой стороне резистивная пленка, имеющая форму полукольца, к внутренней дуге которого присоединена входная микрополосковая линия, а к внешней короткозамыкатель. Резистивная пленка разделена по концентрическим дугам на участки с различным удельным поверхностным сопротивлением, величина которого возрастает в направлении от внутреннего участка к внешнему.

Известен высокочастотный резистор, содержащий диэлектрическую подложку, на которой размещена резистивная пленка, имеющая форму кольца, к внутренней окружности которого присоединена круглая контактная площадка, а к внешней короткозамыкатель. На резистивную пленку нанесены проводящие пленочные кольца, ширина которых, например, уменьшается по направлению от круглой контактной площадки к короткозамыкателю.

Известна микрополосковая нагрузка, содержащая диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположено заземляющее основание, а на другой стороне тонкопленочный резистор, подключенный одним концом к короткозамыкателю, а другим концом к входной микрополосковой линии. На тонкопленочный резистор нанесен дополнительный слой, удельное поверхностное сопротивление которого в четыре раза меньше удельного поверхностного сопротивления тонкопленочного резистора, а ширина экспоненциально убывает по направлению от входной микрополосковой линии к короткозамыкателю [1]
Известна взятая в качестве прототипа микрополосковая нагрузка, содержащая диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположено заземляющее основание, а на другой стороне сосредоточенный пленочный резистор, подключенный одним концом к короткозамыкателю, а другим концом к последовательно соединенным участкам микрополосковой линии, соединяющей пленочный резистор со входной микрополосковой линией [2]
Недостатками указанного устройства являются: во-первых, малая допустимая рассеиваемая мощность (в связи с малой, по отношению к занимаемой указанным устройством площади, площадью резистивного элемента сосредоточенного пленочного резистора); во-вторых, возможность локального перегрева сосредоточенного пленочного резистора в месте его соединения с участком микрополосковой линии (так как основная часть СВЧ-мощности рассеивается на начальном участке сосредоточенного резистора, что может привести к его локальному перегреву).

Решаемой технической задачей изобретения является, во-первых, увеличение допустимой рассеиваемой мощности; во-вторых, устранение возможного локального перегрева пленочного резистора.

Решаемая техническая задача достигается за счет того, что в известной микрополосковой нагрузке, содержащей диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположено заземляющее основание, а на другой стороне пленочный резистор, подключенный одним концом к короткозамыкателю, а другим концом к проводнику микрополосковой линии, соединенному с входным проводником, введено выполнение проводника микрополосковой линии в виде слоя резистивного материала с нанесенным на него проводящим полоском в форме меандра. Проводящий полосок может быть выполнен с уменьшающимися в направлении от входного проводника к пленочному резистору шириной и шагом меандра.

На фиг. 1 изображен вариант конструкции предложенного устройства; на фиг. 2 изображено его сечение по А-А; на фиг. 3 изображен вариант конструкции предложенного устройства; на фиг. 4 дана зависимость погонных потерь микрополосковой линии с проводником, выполненным в виде слоя резистивного материала с нанесенным на него проводящим полоском в форме меандра, от геометрических параметров меандра.

Микрополосковая нагрузка (фиг. 1 и 2) содержит диэлектрическую подложку 1 (например, поликоровую подложку толщиной 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью, равной 9,6), на одной стороне которой расположено заземляющее основание 2, а на другой стороне пленочный резистор 3 (например, 35-омный резистор из резистивного материала с удельным поверхностным сопротивлением 80 Ом на квадрат), подключенный одним концом к короткозамыкателю 4, например, состоящему из контактной площадки и перемычки из медной фольги, соединяющих резистор (через край подложки) с заземляющим основанием, а другим концом к проводнику микрополосковой линии 5, например, микрополосковая линия из трех последовательно соединенных четвертьволновых участков, ширины которых (соответственно, по направлению от входного проводника к пленочному резистору) w'=1 мм, w''=1,3 мм, w'''=1,6 мм таковы, что образован двухступенчатый чебышевский трансформатор, соединенному с входным проводником 6 (например, 50-омная микрополосковая линия, ширина которой равна 1 мм), а также введено выполнение проводника микрополосковой линии в виде слоя резистивного материала (например, с удельным поверхностным сопротивлением 80 Ом на квадрат) с нанесенным на него проводящим полоском в форме меандра 7. Проводящий полосок может быть выполнен с уменьшающимися в направлении от входного проводника к пленочному резистору шириной и шагом меандра (например, геометрические размеры меандра на четвертьволновых участках микрополосковой линии (соответственно, по направлению от входного проводника к пленочному резистору): шаг меандра t'=4 мм, t''=1 мм, t'''=0,5 мм; ширина полоска меандра s'= 0,2 мм, s''= 0,1 мм, s'''=0,05 мм; общая ширина меандра p'=0,6 мм, p''=0,8 мм, p'''=1,2 мм). Обозначения геометрических параметров микрополосковой линии и меандра указаны, например, на фиг. 4.

Микрополосковая нагрузка может иметь вариант конструкции, изображенный на фиг. 3. Микрополосковая нагрузка (см. фиг. 3) содержит диэлектрическую подложку 1 (например, поликоровую подложку толщиной 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью, равной 9,6), на одной стороне которой расположено заземляющее основание (не показано), а на другой стороне пленочный резистор 3 (например, 50-омный резистор из резистивного материала с удельным поверхностным сопротивлением 80 Ом на квадрат), подключенный одним концом к короткозамыкателю 4 (например, состоящему из контактной площадки и перемычки из медной фольги, соединяющих резистор, через край подложки, с заземляющим основанием), а другим концом к проводнику микрополосковой линии 5 (например, микрополосковая линия из трех последовательно соединенных четвертьволновых участков, ширины каждого из которых равны 1 мм), соединенному с входным проводником 6 (например, 50-омная микрополосковая линия, ширина которой равна 1 мм), соединенному с входным проводником 6 (например, 50-омная микрополосковая линия, ширина которой равна 1 мм), а также введено выполнение проводника микрополосковой линии в виде слоя резистивного материала (например, с удельным поверхностным сопротивлением 80 Ом на квадрат) с нанесенным на него проводящим полоском в форме меандра 7. Проводящий полосок может быть выполнен с уменьшающимися в направлении от входного проводника к пленочному резистору шириной и шагом меандра (например, геометрические размеры меандра на четвертьволновых участках микрополосковой линии (соответственно, по направлению от входного проводника к пленочному резистору): шаг меандра t'=6 мм, t''=3 мм, t'''=1 мм; ширина полоска меандра s'=0,2 мм, s''=0,15 мм, s'''=0,1 мм; общая ширина меандра p'=0,6 мм, p''=0,6 мм, p'''=0,6 мм). Обозначения геометрических параметров микрополосковой линии и меандра указаны, например, на фиг. 4.

Поступившая во входной проводник 6 микрополосковой нагрузки (фиг. 1 и 2) мощность СВЧ-сигнала (например, с рабочей частотой 5 ГГц) на резистивном материале участков микрополосковой линии 5 преобразуется в тепловую; остаток СВЧ мощности гасится в пленочном резисторе 3. Аналогично работает и вариант микрополосковой нагрузки, изображенный на фиг. 3.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве увеличена допустимая рассеиваемая мощность за счет того, что мощность СВЧ-сигнала преобразуется в тепловую на распределенных элементах (участках микрополосковой линии) и только остаток мощности гасится на сосредоточенном элементе (пленочном резисторе). Так как распределение тока по поперечному сечению микрополосковой линии неравномерно и максимальная плотность тока приходится на боковые стороны, то с уменьшением ширины меандрического полоска увеличивается доля тока, текущего по резистивному материалу (в частности, по резистивному материалу у боковых сторон линии) и, следовательно, увеличиваются погонные потери и рассеиваемая мощность. В прямоугольных изгибах меандрического полоска происходит частичный переход линий тока, текущего в проводящем материале, на область резистивного материала и, следовательно, с уменьшением шага меандра (что увеличивает число прямоугольных изгибов) увеличиваются погонные потери и рассеиваемая мощность. Зависимость погонных (относительно длины линии) потерь L (дБ/мм) микрополосковой линии с проводником, выполненные в виде слоя резистивного материала (с удельным поверхностным сопротивлением 80 Ом на квадрат) с нанесенным на него проводящим полоском в форме меандра, от геометрических параметров меандра (шага меандра t (мм), ширины полоска меандра s (мм) может быть взята, например, из графика на фиг. 4 (для подложки толщиной 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью, равной 9,6). Зависимостью погонных потерь L (дБ/мм) от ширины микрополосковой линии w (мм) и общей ширины меандра р (мм) для практических целей можно пренебречь. Таким образом, с уменьшением ширины и шага меандра увеличиваются погонные потери в участках микрополосковой линии и, например, в предложенном устройстве получено равномерное распределение рассеиваемой мощности по участкам микрополосковой нагрузки. Так, например, в предложенном устройстве (фиг. 1 и 2) на первых (по направлению от входного проводника к пленочному резистору) двух четвертьволновых участках рассеивается по 1/3 мощности, а в третьем четвертьволновом участке и пленочном резисторе остаток мощности (1/3 часть). В варианте конструкции предложенного устройства, изображенного на фиг. 3, на каждом из трех четвертьволновых участков рассеивается по 1/4 мощности, а в пленочном резисторе остаток мощности (1/4 часть).

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве устранена возможность локального перегрева пленочного резистора, так как резистивный слой участка микрополосковой линии переходит в резистивный слой резистора, а ширина меандрического полоска плавно уменьшается до нуля.

Так как импедансы участков микрополосковой линии согласованы с импедансом входного проводника и сопротивлением пленочного резистора, например, по формулам для чебышевских ступенчатых трансформаторов (фиг. 1 и 2), то широкополосность устройства определяется широкополосностью многоступенчатого трансформатора и растет с увеличением количества ступеней (например, для предложенного устройства (фиг. 1 и 2) с двухступенчатым чебышевским трансформатором с входным 50-омным импедансом и выходным 35-омным импедансом коэффициент перекрытия составил 2,7 при коэффициенте стоячей волны по напряжению (КСВН) менее 1,1 при центральной частоте 5 ГГц), что приемлемо для конкретных случаев применения предложенного устройства в радиолокации, радиосвязи и измерительной технике, преимущественно в качестве оконечной нагрузке. В варианте конструкции предложенного устройства (фиг. 3) из-за равенства ширин входного проводника, четвертьволновых участков линии и пленочного резистора обеспечено хорошее согласование (КСВН менее 1,1) в очень широком диапазоне частот (от 1 до 9 ГГц).

К достоинствам предложенного устройства относится удобный ортогональный характер геометрии рисунка меандра (состоит из вертикальных и горизонтальных отрезков), который адаптирован к предъявляемым требованиям по программируемому вводу и легко реализуется автоматизированными устройствами изготовления фотошаблонов.

Кроме того, к достоинствам предложенного устройства относится то, что оно изготавливается в едином технологическом цикле с изготовлением СВЧ интегральной схемы, т.к. все его резистивные участки имеют одинаковое удельное поверхностное сопротивление.

Использование: техника СВЧ. Сущность изобретения: микрополосковая нагрузка содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположено заземляющее основание. На другой стороне диэлектрической подложки размещен пленочный резистор, подключенный одним концом к короткозамыкателю, а другим концом к проводнику микрополосковой линии, соединенному с входным проводником. Проводник микрополосковой линии выполнен в виде слоя резистивного материала с нанесенным на него проводящим полоском в форме меандра. Проводящий полосок может быть выполнен с уменьшающимися в направлении от входного проводника к пленочному резистору шириной и шагом меандра. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. МИКРОПОЛОСКОВАЯ НАГРУЗКА, содержащая диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположено заземляющее основание, а на другой стороне
пленочный резистор, подключенный одним концом к короткозамыкателю, а другим концом к проводнику микрополосковой линии, соединенному с входным проводником, отличающаяся тем, что проводник микрополосковой линии выполнен в виде слоя резистивного материала с нанесенным на него проводящим полоском в форме меандра. 2. Нагрузка по п.1, отличающаяся тем, что проводящий полосок выполнен с уменьшающимися в направлении от входного проводника к пленочному резистору шириной и шагом меандра.