МИКРОПОЛОСКОВЫЙ АТТЕНЮАТОР Российский патент 1995 года по МПК H01P1/22 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к технике сверхвысоких частот (СВЧ), и может быть использовано в радиолокации, радиосвязи и измерительной технике, преимущественно для ослабления больших мощностей СВЧ сигнала.

Известен микрополосковый аттенюатор, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой нанесен проводящий экран, а на другой стороне три сосредоточенных пленочных резистора, включенных по П-образной или Т-образной схеме.

Известен микрополосковый аттенюатор, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой нанесен проводящий экран, а на другой стороне пленочный резистивный слой, к двум кромкам которого подключены входная и заземляющая контактные площадки, а выходная контактная площадка размещена на резистивном слое.

Известен микрополосковый аттенюатор, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой нанесен проводящий экран, а на другой стороне токонесущий проводник и размещенный в выполненных под углом к его оси щелях поглощающий слой, причем в средней части проводника щели выполнены сквозными. Величина угла плавно изменяется от прямого в средней части устройства к острому на его концах.

Известна микрополосковая нагрузка, которая используется и как микрополосковый аттенюатор, содержащая диэлектрическую подложку, на одной стороне которой нанесен проводящий экран, а на другой стороне расположен токопроводящий проводник, размещенный на поглощающем слое, имеющем форму трапеции. На боковых сторонах проводника выполнены треугольные выступы, ширина проводника постоянна, причем проводник прямолинеен, не имеет изгибов и заканчивается, не доходя до края поглощающего слоя.

Недостатками указанного устройства являются, во-первых, ослабление идущего по СВЧ-тракту низкочастотного сигнала, в частности, постоянного тока (из-за разрыва проводника, не доходящего до края поглощающего слоя), что приводит к необходимости, например, при использовании указанного устройства в СВЧ-системах вводить дополнительные (обходные) низкочастотные цепи для передачи управляющих низкочастотных сигналов или токов питания, идущих по СВЧ-тракту; во-вторых, малая допустимая СВЧ-мощность (так как в указанном устройстве СВЧ-мощность рассеивается преимущественно на малом участке поглощающего слоя между концом проводника и концом поглощающего слоя; данный участок работает как сосредоточенный резистор); в-третьих, указанное устройство сложно в изготовлении (так как геометрический характер топологии не является ортогональным (т. е. не составлен только из вертикальных и горизонтальных отрезков) в связи с наличием треугольных выступов, что не соответствует рекомендуемым требованиям по вводу информации в автоматизированные устройства изготовления фотошаблонов), в-четвертых, ухудшение согласования на входе из-за меняющейся ширины поглощающего слоя (в форме трапеции).

Целью изобретения является, во-первых, уменьшение ослабления идущего по СВЧ-тракту низкочастотного сигнала, в частности постоянного тока; во-вторых, увеличение допустимой СВЧ-мощности; в-третьих, упрощение изготовления устройства; в-четвертых, улучшение согласования на входе.

Это достигается тем, что в известный микрополосковый аттенюатор, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой нанесен проводящий экран, а на другой расположен токонесущий проводник, размещенный на поглощающем слое, введен поглощающий слой в виде полосы, а токонесущий проводник выполнен в форме меандра и имеет увеличивающиеся в направлении от его середины к концам ширину и шаг меандра, причем изменения ширины токонесущего проводника и шага меандра осуществлены через четверть длины волны в токонесущем проводнике.

На фиг. 1 изображено предложенное устройство; на фиг. 2 геометрические параметры проводника и полосы поглощающего слоя; на фиг. 3 зависимость погонных потерь проводника в форме меандра, размещенного на полосе поглощающего слоя, от геометрических параметров меандра.

Микрополосковый аттенюатор (см. фиг. 1) содержит диэлектрическую подложку 1 (например, поликоровую подложку толщиной h 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью 9,6), на одной стороне которой нанесен проводящий экран, а на другой стороне расположен токонесущий проводник 2 (например, из проводящего материала на основе медного сплава), размещенный на поглощающем слое 3 (например, из резистивного материала с удельным поверхностным сопротивлением 80 Ом/кВ), причем поглощающий слой 3 имеет вид полосы (например, ширина полосы w 1 мм), а токонесущий проводник 2 выполнен в форме меандра и имеет увеличивающиеся в направлении от его середины к концам ширину и шаг меандра, причем изменения ширины токонесущего проводника и шага меандра осуществлены через четверть длины волны в токонесущем проводнике (например, геометрические размеры на трех четвертьволновых участках проводника: шаг меандра t' 1 мм (средний участок), t'' 4 мм (боковые участки); ширина проводника s' 0,1 мм (средний участок) s'' 0,2 мм (боковые участки); общая ширина меандра p' 0,6 мм (средний участок), p'' 0,6 мм (боковые участки); длина участка полосы поглощающего слоя, на котором размещен четвертьволновый участок проводника, равна 5,5 мм). Обозначения геометрических размеров указаны, например, на фиг. 2. Концы предложенного устройства присоединены к плечам, например, в виде 50-омных микрополосковых линий 4 и 5, ширины которых равны ширине полосы поглощающего слоя.

При работе предложенного устройства поступившая в плечо 4 (см. фиг. 1) мощность СВЧ-сигнала (например, с рабочей частотой 5 ГГц) на участках поглощающего слоя 3 частично преобразуется в тепловую; оставшаяся СВЧ-мощность поступает (преимущественно по токонесущему проводнику 2) в плечо 5 с ослаблением, например, 6 дБ. При поступлении мощности СВЧ-сигнала в плечо 5 устройство работает аналогично.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве уменьшено ослабление идущего по СВЧ-тракту низкочастотного сигнала, в частности, постоянного тока, так как низкочастотный сигнал в предложенном устройстве идет преимущественно по проводнику, нигде не прерываемому участками поглощающего слоя. Следовательно, при использовании предложенного устройства, например, в СВЧ-системах не нужно вводить дополнительные (обходные) низкочастотные цепи для передачи управляющих низкочастотных сигналов или токов питания, идущих по СВЧ-тракту.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве увеличена допустимая рассеиваемая мощность, так как мощность СВЧ-сигнала преобразуется в тепловую на распределенных резистивных элементах (полоса поглощающего слоя в предложенном устройстве), а не на сосредоточенном резистивном элементе (участок поглощающего слоя между концом проводника и концом поглощающего слоя в прототипе). Так как максимальная плотность тока приходится на боковые стороны проводника, то с уменьшением ширины меандрического проводника в предложенном устройстве увеличивается доля тока, текущего по участкам поглощающего слоя у боковых сторон проводника, и, следовательно, увеличиваются погонные потери и рассеиваемая мощность. В прямоугольных изгибах меандрического проводника происходит частичный переход линий тока, текущего в проводнике, на область поглощающего слоя и, следовательно, с уменьшением шага меандра (что увеличивает число прямоугольных изгибов) увеличиваются погонные потери и рассеиваемая мощность. В итоге с уменьшением ширины и шага меандра увеличиваются погонные потери L (дБ/мм), что позволяет, например, в предложенном устройстве получить равномерное распределение рассеиваемой мощности по первому и второму (по направлению от входного к выходному плечам) четвертьволновым участкам предложенного устройства (на каждом из указанных участков рассеивается по 1/3 мощности). Зависимость погонных (относительно длины полосы) потерь L (дБ/мм) проводника в форме меандра, размещенного на полосе поглощающего слоя (из резистивного материала с удельным поверхностным сопротивлением 80 Ом/кв.), от геометрических параметров меандра (шага меандра t (мм), ширины проводника меандра s (мм) может быть взята, например, из графика на фиг. 3 (для подложки толщиной h 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью равной 9,6). Обозначения геометрических параметров меандра и полосы поглощающего слоя указаны, например, на фиг. 2.

По сравнению с прототипом упрощено изготовление предложенного устройства, так как геометрический характер рисунка меандра является ортогональным (т. е. состоит только из вертикальных и горизонтальных отрезков), что соответствует рекомендуемым требованиям по вводу информации в автоматизированные устройства изготовления фотошаблонов.

В предложенном устройстве улучшено согласования на входе, так как ширины микрополосковых линий и полосы поглощающего слоя равны, проводник в форме меандра выполнен с увеличивающимися по направлению от середины к концам устройства шириной и шагом меандра, а изменения шага и ширины меандра осуществлены через четверть длины волны в проводнике. В предложенном устройстве обеспечено согласование (коэффициент стоячей волны по напряжению менее 1,1) в широком диапазоне частот (от 1 до 9 ГГц (с наилучшим согласованием для центральной частоты 5 ГГц).

Кроме того, при изготовлении предложенного устройства не нужно делать заземлений.

К достоинствам предложенного устройства относится также его изготовление в едином технологическом цикле с изготовлением СВЧ-интегральной схемы, так как все участки поглощающего слоя имеют одинаковое удельное поверхностное сопротивление.

Использование: техника СВЧ. Сущность изобретения: микрополосковый аттенюатор содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой нанесен проводящий экран. На другой стороне диэлектрической подложки расположен токонесущий проводник, размещенный на поглощающем слое. Поглощающий слой имеет вид полосы. Токонесущий проводник выполнен в виде меандра и имеет увеличивающиеся в направлении от его середины к концам ширину и шаг меандра. Изменения ширины токонесущего проводника и шага меандра осуществлены через четверть длины волны в токонесущем проводнике. 3 ил.

МИКРОПОЛОСКОВЫЙ АТТЕНЮАТОР, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой нанесен проводящий экран, а на другой стороне расположен токонесущий проводник, размещенный на поглощающем слое, отличающийся тем, что поглощающий слой имеет вид полосы, а токонесущий проводник выполнен в форме меандра и имеет увеличивающиеся в направлении от его середины к концам ширину и шаг меандра, причем изменения ширины токонесущего проводника и шага меандра осуществлены через четверть длины волны в токонесущем проводнике.