ПОЛОСКОВЫЙ ГИБРИДНЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ МОСТ Российский патент 1995 года по МПК H01P5/22 

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к технике СВЧ, и может быть использовано в высокочастотных балансных преобразователях или усилителях частоты и других высокочастотных системах, где требуется деление мощности сигнала пополам.

Известен кольцевой ответвитель, содержащий кольцо из компланарной линии передачи длиной Λ (Λ длина электромагнитной волны в линии передачи) с включенными в кольцо π -фазовращателем (π3,1415926.) и реактивными сопротивлениями, а также отходящие от кольца на расстоянии Λ/4 друг от друга четыре компланарные линии передачи (авт. св. СССР N 855799, кл. Н 01 Р 5/22, 1981).

В указанном устройстве не используется полезно значительная площадь подложки (заключенная внутри кольца) площадью Λ²/(4 π), велика занимаемая им площадь подложки (в частности, из-за значительной не используемой полезно площади подложки).

Известен разноимпедансный полосковый гибридный кольцевой мост, содержащий кольцо, составленное из участков полосковых линий передач с разными импедансами, общей длиной 3Λ /2, а также отходящие от него на расстоянии Λ /4 друг от друга четыре полосковые линии передачи, составленные из участков полосковых линий передач с разными импедансами (Dong H.Kim, Yoshiyuki Natio. Broad band design of improved hybridring 3 dB directional couplers. IEEE Trans. MTT, 1982, v. 30, N 11, рр. 2040-2046).

В этом устройстве не используется полезно значительная площадь подложки (заключенная внутри кольцевой полосковой линии передачи длиной 3Λ /2) площадью 9 Λ²/(16 π), велика занимаемая им площадь подложки (в частности, из-за значительной не используемой полезно площади подложки, а также из-за площади, занимаемой входящими в состав устройства четырьмя отходящими от кольца полосковыми линиями передачи, составленными из участков с разными импедансами).

Известен полосковый гибридный кольцевой мост, содержащий кольцо из полосковой линии передачи общей длиной 3 Λ/2, включая участок со связанными смежными полосковыми линиями передачи (фазовращатель Шиффмана), а также отходящие от кольца на расстоянии Λ /4 друг от друга четыре полосковые линии передачи (Гвоздев В.И. Миниатюрные гибридные устройства СВЧ//Зарубежная радиоэлектроника, 1981, N 11, с. 43, рис. 6б).

В таком устройстве не используется полезно значительная площадь подложки (в форме круга с длиной окружности Λ) площадью Λ²/(4π), велика занимаемая им площадь подложки (в частности, из-за значительной не используемой полезно площади подложки).

Известен взятый в качестве прототипа полосковый гибридный кольцевой мост, содержащий кольцо из полосковой линии передачи длиной 3Λ /2 и отходящие от него на расстоянии Λ /4 друг от друга четыре полосковые линии передачи (Конструирование и расчет полосковых устройств/Под ред. И.С.Ковалева. М. Сов. радио, 1974, с. 127, рис. 4.1).

В этом полосковом гибридном кольцевом мосте не используется полезно значительная площадь подложки (заключенная внутри полутораволновой кольцевой полосковой линии) площадью 9 Λ²/(16π), велика занимаемая им площадь подложки (в частности, из-за значительной не используемой полезно площади подложки).

Технической задачей изобретения является уменьшение не используемой полезно площади подложки, уменьшение занимаемой устройством площади подложки.

Решаемая техническая задача достигается за счет того, что в полосковом гибридном кольцевом мосте, содержащем кольцо из полосковой линии передачи общей длиной в полторы длины волны и четыре полосковые линии передачи, подключенные к нему на расстоянии между соседними линиями в четверть длины волны, участок кольца длиной в 3/4 длины волны по всей длине электромагнитно связан с оставшимися четвертьволновыми участками, причем величина электромагнитной связи участка кольца длиной в 3/4 длины волны неодинакова по его длине.

На фиг.1 изображен предложенный полосковый гибридный кольцевой мост; на фиг.2 и 3 изображены варианты топологии предложенного моста.

Полосковый гибридный кольцевой мост (фиг.1) содержит кольцо из полосковой линии передачи общей длиной в полторы длины волны и четыре полосковые линии передачи, образующие плечи 1, 2, 3, 4 (например, четыре 50-омные микрополосковые линии), подключенные к нему на расстоянии между соседними линиями в четверть длины волны, причем участок кольца длиной 3/4 длины волны по всей длине электромагнитно связан с оставшимися четвертьволновыми участками, величина электромагнитной связи участка кольца длиной 3/4 длины волны неодинакова по его длине (например, в середине упомянутого участка боковая электромагнитная связь 5 в 15,5 дБ между диаметрально противоположными участками кольца 6, представляющими собой два четвертьволновых отрезка микрополосковой линии с 82,4-омным четным импедансом и 58,8-омным нечетным импедансом, причем к концам только одного из этих отрезков подключены полосковые линии, тогда как по бокам упомянутого участка две боковые электромагнитные связи 7 в 9 дБ между двумя парами смежных участков кольца 8, представляющих собой четыре четвертьволновых отрезка микрополосковой линии с 71,5-омным четным импедансом и 34-омным нечетным импедансом).

Топология предложенного моста на фиг.2 реализована, например, на подложке толщиной 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью 9,6 (на обратной стороне подложки нанесен СВЧ-экран).

На фиг.3 приведен еще один конкретный пример из возможных вариантов топологии, раскрывающий топологические перспективы технологической реализации предложенного моста.

Поступившая в плечо 2 мощность высокочастотного сигнала затем (по участкам кольцевой линии передачи, а также благодаря соотношению величин электромагнитных связей между участками кольца) частично поступает в плечо 1 и частично в плечо 3. Соотношение мощностей, приходящих в плечи 1 и 3, равно 1:1. В плечо 4 мощность сигнала приходит по обоим участкам кольца с разницей фаз в 180^о (из-за разности длин участков, равной половине длины волны, а также благодаря соотношению величин электромагнитных связей между участками кольца), поэтому плечо 4 оказывается электрически развязанным в рабочем диапазоне частот. Ввиду симметрии моста аналогичная картина происходит и при подаче мощности в плечо 3.

Поступившая в плечо 1 мощность высокочастотного сигнала затем (по участкам кольцевой линии передачи, а также благодаря соотношению величин электромагнитных связей между участками кольца) частично поступает в плечо 2 и частично в плечо 4. Соотношение мощностей, приходящих в плечи 2 и 4, равно 1:1. В плечо 3 мощность сигнала приходит по обоим участкам кольца с разницей фаз в 180^о (из-за разности длин участков, равной половине длины волны, а также благодаря соотношению величин электромагнитных связей между участками кольца), поэтому плечо 3 оказывается электрически развязанным в рабочем диапазоне частот. Ввиду симметрии моста аналогичная картина происходит и при подаче мощности в плечо 4.

Благодаря введению электромагнитной связи участки кольцевой линии передачи на топологии предложенного моста (фиг.2) сближены, в результате чего устранена значительная не используемая полезно площадь подложки (заключенная внутри полутораволновой кольцевой линии передачи прототипа) площадью 9 Λ²/(16 π).

Из-за уменьшения не используемой полезно площади подложки, из-за уменьшения поперечных размеров топологии (ввиду сближения охваченных электромагнитной связью участков кольцевой линии) в итоге уменьшается в 4.5 раз занимаемая предложенным мостом площадь подложки (по сравнению с прототипом с полутораволновым кольцом).

Кроме того, топология предложенного моста (фиг.2) имеет компактную вытянутую геометрическую структуру, удобную при использовании, например, в высокочастотных балансных преобразователях или усилителях частоты.

Топология на фиг.3 представляет еще один вариант экономии площади подложки с иным пространственным расположением плеч (по сравнению с фиг.2). Она показывает топологические перспективы технологической реализации моста. Возможность варьировать расположение плеч оказывается весьма удобной при разработке конкретных корпусов для предложенного моста или при состыковании его с другими устройствами.

Использование: в технике СВЧ. Сущность изобретения: полосковый гибридный кольцевой мост содержит кольцо из полосковой линии передачи общей длиной в полторы длины и четыре полосковые линии передачи, подключенные к нему на расстоянии между соседними линиями в четверть длины волны. Участок кольца длиной 3/4 длины волны по всей длине электромагнитно связан с оставшимися четверть-волновыми участками. Величина электромагнитной связи участка кольца длиной 3/4 длины волны может быть неодинакова по его длине. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ПОЛОСКОВЫЙ ГИБРИДНЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ МОСТ, содержащий кольцо из полосковой линии передачи общей длиной в полторы длины волны и четыре полосковые линии передачи, подключенные к нему на расстоянии между соседними полосковыми линиями передачи в четверть длины волны, отличающийся тем, что участок кольца длиной в 3/4 длины волны по всей длине электромагнитно связан с оставшимися четвертьволновыми участками. 2. Мост по п.1, отличающийся тем, что величина электромагнитной связи участка кольца длиной в 3/4 длины волны неодинакова по его длине.