МИКРОПОЛОСКОВАЯ СОГЛАСОВАННАЯ 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 системах спутникового телевидения, преимущественно в качестве оконечной нагрузки.

Известна микрополосковая нагрузка, содержащая входную линию передачи, подключенную посредством последовательно соединенных участков линий к одному концу пленочного резистора, который другим концом подключен к разомкнутому шлейфу [1]
Известна микрополосковая согласованная нагрузка, содержащая входную линию передачи, разомкнутые шлейфы с одинаковой резонансной частотой, подключенные к входной линии передачи через общий резистор квадратной формы, причем шлейфы гальванически соединены между собой [2]
Известна микрополосковая согласованная нагрузка, содержащая входную линию передачи, разомкнутые шлейфы, подключенные к входной линии передачи через общий резистор [3]
Известна взятая в качестве прототипа согласованная нагрузка, содержащая входную линию передачи, к которой через отдельные резисторы подключены разомкнутый и короткозамкнутый шлейфы. Общее количество шлейфов равно двум. Величина сопротивления каждого резистора равна величине волнового сопротивления как входной линии, так и линий шлейфов. Длины линий шлейфов равны между собой [4]
Недостатками указанного устройства являются: во-первых, трудность технологической реализации устройства в микрополосковом исполнении (необходимо сверлить отверстие в подложке для короткого замыкания конца шлейфа; необходимо точно выдерживать равенство электрических длин шлейфов); во-вторых, плохое согласование (устройство работает лишь при равенстве электрических длин шлейфов, которую невозможно или очень трудно достичь из-за технологической нестабильности обеспечения режимов на концах шлейфов (длина и даже способ пайки короткозамыкателя у короткозамкнутого шлейфа сильно влияет на его электрическую длину), а уже при 1% расхождения длин шлейфов КСВН устройства на резонансной частоте разомкнутого шлейфа ухудшается до 1,03, при 10% до 1,4, при 15% до 1,6); в третьих, малая рассеиваемая мощность (например, на частоте резонанса разомкнутого шлейфа вся СВЧ-мощность выделяется только на резисторе этого шлейфа, а второй резистор ненагружен; в итоге неравномерность рассеивания мощности снижает уровень допустимой мощности).

Технической задачей изобретения является, во-первых, облегчение реализации устройства; во-вторых, улучшение согласования; в-третьих, увеличение допустимой рассеиваемой мощности.

Техническая задача решена за счет того, что в известной согласованной нагрузке, содержащей входную линию передачи, к которой через отдельные резисторы подключены шлейфы, один из которых разомкнутый, другие шлейфы выполнены также разомкнутыми, введена электромагнитная связь между шлейфами, общее количество разомкнутых шлейфов не менее двух, величина сопротивления каждого резистора больше величины волнового сопротивления входной линии передачи, разомкнутые шлейфы выполнены с одинаковой или различной резонансной частотой.

На фиг. 1 и 2 изображены варианты конструкции предложенного устройства.

Микрополосковая нагрузка, выполненная, например, на диэлектрической поликоровой подложке 1 (например, с относительной диэлектрической проницаемостью 9,6 и толщиной 1 мм), на одной стороне которой расположено заземляющее основание (не показано), а на другой стороне топология, содержит входную линию передачи 2 (например, 50-омная микрополосковая линия), к которой через отдельные резисторы подключены шлейфы 3 (например, микрополосковые шлейфы), один из которых разомкнутый, причем другие шлейфы также выполнены разомкнутыми, введена электромагнитная связь 4 (например, боковая электромагнитная связь) между шлейфами, общее количество разомкнутых шлейфов не менее двух, величина сопротивления каждого резистора 5 (например, пленочные резисторы) больше величины волнового сопротивления входной линии передачи, разомкнутые шлейфы выполнены с одинаковой или различной резонансной частотой.

На фиг. 1 изображен вариант конструкции с двумя шлейфами 3 (например, шлейфы со 100-омным четным волновым сопротивлением) с различной резонансной частотой (например, равной 90 и 110% величины средней резонансной частоты), боковой электромагнитной связью между шлейфами (например, связь 6,8 дБ), двумя пленочными резисторами 5 (например, сопротивление каждого резистора равно 100 Ом).

На фиг. 2 изображен вариант конструкции с тремя шлейфами 3 (например, шлейфы со 150-омным четным волновым сопротивлением) с различной резонансной частотой (например, равной 85, 100 и 115% величины средней резонансной частоты), боковой электромагнитной связью между шлейфами (например, связь 5,4 дБ), тремя пленочными резисторами 5 (например, сопротивление каждого резистора равно 150 Ом). При этом общая ширина устройства на фиг. 1 и 2 равна 1 мм, т.е. равна ширине входной микрополосковой 50-омной линии (ширина каждого шлейфа и щели электромагнитной связи равна соответственно 0,45 и 0,1 мм для фиг. 1; 0,3 и 0,05 мм для фиг. 2).

Поступившая во входную линию передачи 2 (фиг. 1 и 2), мощность СВЧ-сигнала (например, со средней рабочей частотой 1,35 ГГц) в пленочных резисторах 5 преобразовалась в тепловую. Подключение шлейфов 3 через отдельные резисторы 5 устранило возможность появления полуволновых резонансов для пары шлейфов, так как мощность, отразившаяся от конца одного шлейфа, прошла через два высокоомных резистора, прежде чем попала в другой шлейф.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве облечена реализация, так как все шлейфы разомкнуты и нет необходимости сверлить отверстие в подложке для короткого замыкания конца шлейфа; кроме того, в предложенном устройстве шлейфы могут быть разной длины и поэтому нет необходимости точно выдерживать равенство электрических длин шлейфов.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве улучшено согласование. Например, у устройства на фиг. 1 КСВН менее 1,1 в полосе частот 12,2% тогда как у прототипа (при таком же 10% расхождении длин шлейфов) КСВН даже на центральной частоте равно 1,4. У устройства на фиг. 2 КСВН менее 1,1 в полосе частот 13,1% тогда как у прототипа (при таком же 15% расхождении длин шлейфов) КСВН даже на центральной частоте равно 1,6. Кроме того, совпадение общей ширины устройства с шириной входной микрополосковой линии также улучшило согласование на входе устройства.

По сравнении с прототипом в предложенном устройстве увеличена допустимая рассеиваемая мощность, так как она более равномерно распределена по резисторам. У варианта предложенного устройства с одинаковыми длинами шлейфов СВЧ-мощность распределялась по резисторам равномерно. При равномерном частотном распределении СВЧ-мощности в рабочей области частот (равномерный спектр) расхождение длин шлейфов устройства не оказало существенного влияния на распределение мощности. Варьирование длины шлейфов предложенного устройства меняло картину распределения мощности по резисторам, что в итоге позволило получить равномерное распределение мощности по резисторам для неравномерных спектров.

Дополнительным преимуществом предложенного устройства является широкополосность (широкая относительная рабочая полоса частот). Для двухшлейфного варианта на фиг. 1 данная полоса равна 12,2% (при КСВН менее 1,1), что на 5% больше, чем у устройства по А.С. N 811373 с тем же количеством шлейфов, а для трехшлейфного варианта на фиг. 2 13,1% (т.е. на 7% больше).

Также дополнительным достоинством предложенного устройства является компактность (малые габариты) из-за отсутствия неиспользуемого пространства на подложке между шлейфами. По сравнению с устройством по авт.св. N 811373 предложенное устройство (с тем же числом шлейфов) занимает площадь в 2.2,5 раза меньше.

Также дополнительным достоинством предложенного устройства является устранение рассогласований, вызываемых паразитными полуволновыми резонансами. При подключении шлейфов к одной и той же точке (например, Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. М. Сов. радио, 1976, стр. 67, рис. 1.406) отраженная от конца одного шлейфа СВЧ-мощность переотражается в другой шлейф, что приводит к возникновению нежелательного полуволнового резонанса между концами двух шлейфов, в результате чего на частоте паразитного резонанса резонирующие шлейфы не выполняют функции короткозамыкателя, что ухудшает согласование. В предложенном же устройстве шлейфы подключены через отдельные резисторы, кроме того, паразитные колебания проходят не через один, а через два резистора (причем высокоомных), что в итоге гасит переотражающуюся между концами шлейфов СВЧ-мощность и улучшает согласование.

Кроме того, к достоинствам предложенного устройства относится его ортогональная топология (состоит из вертикальных и горизонтальных отрезков), адаптированная к предъявляемым требованиям по программируемому вводу и легко реализуемая современными автоматизированными устройствами изготовления фотошаблонов.

Кроме того, к достоинствам предложенного устройства относится изготовление его в едином технологическом цикле с изготовлением СВЧ интегральной схемы, так как все его резистивные участки имеют одинаковое удельное поверхностное сопротивление. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1443061, кл. Н 01 Р 1/26, 1988.

2. Малорацкий Л. Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. М. Сов. радио, 1976, стр. 67, рис. 1.40б.

3. Авторское свидетельство СССР N 811373, кл. Н 01 Р 1/26, 1981.

4. Патент ФРГ N 2548207, кл. Н 01 Р 1/26, 1977.

Использование: техника СВЧ. Сущность изобретения: микрополосковая согласованная нагрузка содержит входную линию передачи, к которой через отдельные резисторы подключены разомкнутые шлейфы, электромагнитно связанные между собой. Общее количество разомкнутых шлейфов не менее двух. Величина сопротивления каждого резистора больше величины волнового сопротивления входной линии передачи. Разомкнутые шлейфы выполнены с одинаковой или различной резонансной частотой. 2 ил.

МИКРОПОЛОСКОВАЯ СОГЛАСОВАННАЯ НАГРУЗКА, содержащая входную линию передач, к которой через отдельные резисторы подключены шлейфы, один из которых разомкнутый, отличающаяся тем, что другие шлейфы выполнены разомкнутыми, введена электроманитная связь между шлейфами, общее количество шлейфов не менее двух, величина сопротивления каждого резистора больше величины волнового сопротивления входной линии передачи, шлейфы выполнены с одинаковыми или различными резонансными частотами.