ПОЛОСКОВЫЙ ШЛЕЙФНЫЙ НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H01P5/18 

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к технике сверхвысоких частот (СВЧ), и может быть использовано в СВЧ-балансных преобразователях частоты, СВЧ-балансных усилителях частоты и других высокочастотных устройствах, где требуется деление мощности сигнала.

Известен полосковый квадратный мост, имеющий две линии передачи, соединенные на расстоянии четверти длины волны двумя четвертьволновыми шлейфами [1]
Известен полосковый шлейфный направленный ответвитель, содержащий две линии передачи, соединенные одним центральным и двумя боковыми четвертьволновыми шлейфами, расположенными по обе стороны от центрального шлейфа на расстоянии в четверть длины волны [2]
Известен полосковый шлейфный направленный ответвитель, содержащий две линии передачи, соединенные центральным шлейфом четвертьволновой длины, по обе стороны которого на расстоянии в четверть длины волны от него включены боковые структуры, каждая из которых выполнена в виде навесного индуктивного элемента, концы которого соединены с линиями передачи посредством отрезков линии передачи. Боковые структуры расположены между линиями передачи суммарная электрическая длина боковых структур равна 90^о, причем концы индуктивного элемента присоединены к открытым концам отрезков линии передачи. Центральный шлейф имеет прямолинейную форму [3]
Недостатками указанного полоскового шлейфного направленного ответвителя являются: во-первых, не используется полезно значительная площадь подложки (в виде двух квадратов со стороной в четверть длины волны), заключенная между шлейфом, боковыми структурами и линиями передачи; велика занимаемая устройством площадь подложки (в частности из-за значительной не используемой полезно площади подложки); во-вторых, трудность технологической реализации устройства, так как контактная область отрезка линии передачи и конца индуктивного элемента уменьшена до узкой линии кромки (открытого конца) отрезка, что вынуждает вести пайку или сварку непосредственно на кромке, а не на контактной площадке; кроме того, необходимо точно выдерживать суммарную 90-градусную электрическую длину боковых структур, что приводит к дополнительной технологической операции определения и в случае необходимости подгонки электрической длины индуктивного элемента перед его установкой на подложку.

Целью изобретения является уменьшение не используемой полезно площади подложки и уменьшение занимаемой устройством площади подложки, а также облегчение реализации полоскового шлейфного направленного ответвителя.

Это достигается тем, что в полосковом шлейфном направленном ответвителе, содержащем две линии передачи, соединенные центральным шлейфом четвертьволновой длины, по обе стороны которого на расстоянии в четверть длины волны от него включены боковые структуры, каждая из которых выполнена в виде навесного индуктивного элемента, концы которого соединены с линиями передачи посредством отрезков линии передачи, навесной индуктивный элемент выполнен в виде катушки, отрезки линии передачи расположены по разные стороны линий передачи, причем центральный шлейф может быть изогнут в форме меандра.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема предложенного устройства; на фиг. 2 зависимость величины индуктивности катушки индуктивности предложенного устройства от центральной частоты; на фиг. 3-5 варианты топологии предложенного полоскового шлейфного направленного ответвителя.

Полосковый шлейфный направленный ответвитель (см. фиг. 1) содержит две линии передачи 1 (например, две 50-омные микрополосковые линии) между плечами 2 и 3 и плечами 4 и 5, соединенные центральным шлейфом 6 четвертьволновой длины (например, 71-омный микрополосковый шлейф), по обе стороны которого на расстоянии в четверть длины волны от него включены боковые структуры, каждая из которых выполнена в виде навесного индуктивного элемента, концы которого соединены с линиями передачи посредством отрезков линии передачи, причем навесной индуктивный элемент выполнен в виде катушки 7 (например, индуктивностью 16 нГн), отрезки линии передачи 8 (например, отрезки 49-омных микрополосковых линий длиной в 1/16 длины волны) расположены по разные стороны линий передачи.

Топология предложенного устройства реализована, например, на подложке с относительной диэлектрической проницаемостью равной 9,6 и толщиной 1 мм с нанесенным на обратную сторону подложки экраном. На фиг. 3 и 5 изображены варианты топологии предложенного устройства. Центральный шлейф 6 может быть изогнут в форме меандра (см. фиг. 4 и 5). В качестве примера на фиг. 2 дана зависимость величины индуктивности катушки индуктивности (для случая трехдецибельного полоскового шлейфного направленного ответвителя с 50-омными микрополосковыми линиями передачи на подложке толщиной 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью 9,6) от центральной частоты (значения длин и импедансов отрезков линии в боковых структурах указаны рядом с кривыми графика).

Поступающая в плечо 2 мощность СВЧ-сигнала (например, с центральной частотой 1 ГГц) по линии передачи частично поступает в плечо 3, частично по центральному шлейфу 6 и боковым структурам, соединяющим линии передачи, ответвляется в плечо 5. Соотношение мощностей, поступающих в плечи 3 и 5, например 1:1. Из-за четвертьволнового расстояния между центральным шлейфом и боковыми структурами плечо 4 оказывается электрически развязанным в рабочем диапазоне частот. Ввиду симметрии устройства аналогичная картина происходит и при подаче мощности в любое другое плечо.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве уменьшена не используемая полезно площадь подложки и уменьшена занимаемая устройством площадь подложки. Благодаря тому, что отрезки линии передач расположены на топологии вне пространства между линиями передачи (т.е. по разные стороны их), это позволило сблизить линии передачи в месте, где они соединены с боковыми структурами (см. фиг. 3 и 5), в результате чего уменьшены как не используемая полезно площадь подложки, так и занимаемая устройством площадь. Топология предложенного устройства на фиг. 3 занимает площадь в 2,3 раза меньшую, чем прототип. Топология предложенного устройства на фиг. 5 занимает площадь в 2,5.3 раза меньшую, чем прототип. Для того, чтобы показать, как форма центрального шлейфа влияет на экономию площади подложки, приведена сравнительная топология на фиг. 4. При сравнении с ее помощью топологии прототипа и предложенного устройства на фиг. 3 и 5 видно, что реализация центрального шлейфа в форме меандра позволила достичь дополнительной экономии площади подложки. Благодаря реализации центрального шлейфа в форме меандра с расположением его на топологии (см. фиг. 5) между линиями передачи и боковыми структурами, у предложенного устройства (см. фиг. 5) практически нет не используемой полезно площади подложки.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве облегчена реализация полоскового шлейфного направленного ответвителя. Контактная область отрезка линии передачи и конца индуктивного элемента представляет собой не узкую линию кромки открытого конца отрезка (как в прототипе), а достаточную для пайки или сварки контактную площадку (см. фиг. 3 и 5). Кроме того, в предложенном устройстве отрезок линии передачи электрически эквивалентен емкости, а катушка индуктивности также является сосредоточенным элементом, поэтому боковые структуры предложенного устройства работают как сосредоточенные элементы, тогда как в прототипе как распределенные элементы. Поэтому в предложенном устройстве нет необходимости выдерживать 90-градусную электрическую длину боковых структур. Это приводит к облегчению реализации предложенного устройства благодаря отсутствию технологической операции определения и подгонки электрической длины индуктивного элемента перед установкой на подложку (что необходимо делать в прототипе).

Дополнительным достоинством предложенного устройства является то, что отрезки линии передачи в боковых структурах имеют импеданс и ширину полоска пригодные для их беспрепятственной реализации в полосковом исполнении, так как при увеличении величины индуктивности катушки индуктивности уменьшается импеданс и увеличивается ширина полоска отрезка (см. фиг. 2).

Кроме того, занимая площадь подложки не больше, чем у квадратного моста, предложенное устройство имеет рабочую полосу частот не хуже, чем у трехшлейфного направленного ответвителя, т.е. относительную рабочую полосу частот 43% при коэффициенте стоячей волны по напряжению менее 1,5, коэффициент перекрытия 1,35 при неравномерности связи менее 0,5 дБ.

Использование: в технике СВЧ. Сущность изобретения: полосковый шлейфный направленный отвердитель содержит две линии передачи, соединенные центральным шлейфом четвертьволновой длины. По обе стороны центрального шлейфа на расстоянии в четверть длины волны от него включены боковые структуры, каждая из которых выполнена в виде навесного индуктивного элемента, концы которого соединены с линиями передачи посредством отрезков линии передачи. Навесной индуктивный элемент выполнен в виде катушки, а отрезки линии передачи расположены по разные стороны линии передачи. Центральный шлейф может быть изогнут в форме меандра. Отрезки линии передач в боковых структурах имеют импеданс и ширину полоска, пригодные для их беспрепятственной реализации в полосковом исполнении. Занимая площадь подложки не больше, чем у квадратного моста, предложенное устройство имеет рабочую полосу частот не хуже, чем у трехшлейфного направленного ответвителя. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. ПОЛОСКОВЫЙ ШЛЕЙФНЫЙ НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ, содержащий две линии передачи, соединенные центральным шлейфом четвертьволновой длины, по обе стороны которого на расстоянии в четверть длины волны от него включены боковые структуры, каждая из которых выполнена в виде навесного индуктивного элемента, концы которого соединены с линиями передачи посредством отрезков линии передачи, отличающийся тем, что навесные индуктивные элементы выполнены в виде катушек, а отрезки линии передачи расположены по разные стороны линий передачи. 2. Ответвитель по п.1, отличающийся тем, что центральный шлейф изогнут в форме меандра.