ГРЕБЕНЧАТЫЙ СВЧ-КОНДЕНСАТОР Российский патент 1997 года по МПК H01G4/12 

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 проходного конденсатора в полосковых линиях
Известен конденсатор, содержащий кварцевую диэлектрическую подложку, с одной стороны которой расположен проводящий экран, а на другой стороне нанесены концентрические электроды, разделенные концентрическими щелями-зазорами. Подложка пригодна для работы в СВЧ области частот ( А.С. N 519774 СССР, кл. Н 01 G 1/01, Б.И. N 24, 1976).

Недостатками указанного устройства являются, во-первых, невозможность работы устройства в СВЧ области частот ввиду несогласованности импедансов выводов; во-вторых, сложность и нетехнологичность конструкции устройства; в-третьих, большие габариты устройства.

Известен высокочастотный конденсатор, содержащий пакет керамических диэлектрических подложек с нанесенными на них электродами, причем в поперечном сечении структура пакета имеет гребенчатый характер (в виде двух встречно-направленных электропроводных гребешков, разделенных диэлектриком в форме меандра). Конденсатор предназначен для работы в высокочастотной области ( А.С. N 1051600 СССР, кл. Н 01 G 4/12, Б.И. N 40, 1983).

Недостатками указанного устройства являются, во-первых, наличие многочисленных паразитных резонансов в СВЧ области частот, так как при равенстве длины полуволны СВЧ излучения длине полупериода меандра возникает паразитный полуволновой резонанс, когда СВЧ мощность переотражается между концами многочисленных U-образных участков гребешков ("эффект камертона"); во-вторых, малая относительная ширина рабочей полосы частот (устройство работоспособно лишь на участках между паразитными резонансами); в-третьих, малая величина пропускания в СВЧ области частот, так как величина расчетного пропускания ухудшается на величину высоты паразитных резонансных пиков - "всплесков" на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) устройства; в-четвертых, сложность и нетехнологичность, а также большие габариты конструкции устройства ввиду непланарного объемного характера конструкции, неприемлемого для планарной микрополосковой технологии изготовления интегральных СВЧ схем.

Известен гребенчатый конденсатор, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен проводящий экран, а на другой стороне две обкладки, разделенные щелью в виде меандра, причем меандр имеет протяженность в несколько периодов, что обеспечивается благодаря большим поперечным размерам обкладок (Ермолаев Ю.П. Пономарев М.Ф. Крюков Ю.Г. Конструирование и технология микросхем. М. Сов.радио, 1980, с. 93, рис. 2.16).

Недостатками указанного устройства являются, во-первых, наличие многочисленных паразитных резонансов в СВЧ области частот, так как длина волны СВЧ излучения становится соизмеримой с периодом меандра, а при равенстве длины полуволны длине полупериода меандра возникает паразитный полуволновой резонанс, когда СВЧ мощность переотражается между концами U-образных участков обкладок ("эффект камертона"); во-вторых, невозможность работы в СВЧ области частот из-за несогласованности входного волнового сопротивления (большие поперечные размеры обкладок) и многочисленности паразитных резонансов (из-за многопериодичности меандра), что в итоге приводит к неприемлемому виду АЧХ.

Известен взятый в качестве прототипа гребенчатый СВЧ конденсатор, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен проводящий экран, а на другой стороне две обкладки из проводящего материала, разделенные диэлектрической меандрообразной щелью ( Антенны. Сб. статей. Вып. 34 (Под ред.А.А.Пистолькорса. М. Радио и связь, 1987г, с. 66-67, рис. 9).

Недостатками указанного устройства являются, во-первых, наличие паразитных резонансов в рабочей полосе частот, так как длина волны СВЧ излучения становится соизмеримой с периодом меандра, а при равенстве длины полуволны длине полупериода меандра возникает паразитный полуволновой резонанс, когда СВЧ мощность переотражается между концами U-образных участков обкладок ("эффект камертона"); в итоге, это приводит к появлению паразитных пиков-"всплесков" на АЧХ в середине рабочей полосы частот (см. "всплески", начиная с 7 ГГц, на рис. 9в указанном источнике); во-вторых, малая относительная ширина рабочей полосы частот (устройство работоспособно лишь на участках, свободных от паразитных резонансов, что составляет лишь половину от расчетной рабочей полосы частот); в-третьих, недостаточное пропускание в высокочастотной части АЧХ, так как пропускаемый сигнал ослабляется на величину высоты паразитного "всплеска" на АЧХ.

Задачей изобретения является, во-первых, устранение паразитных резонансов в рабочей полосе частот; во-вторых, увеличение относительной ширины рабочей полосы частот; в-третьих, снижение потерь пропускания в рабочей полосе частот.

Это достигается тем, что в гребенчатом СВЧ конденсаторе, содержащем диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен проводящий экран, а на другой стороне две обкладки из проводящего материала, разделенные диэлектрической меандрообразной щелью, в обкладках выполнены примыкающие к меандрообразной щели выемки, причем выемки расположены в основаниях вилкообразных участков обкладок, образованных меандрообразной щелью, причем выемки могут быть изогнутыми, приэтом к одной точке щели могут примыкать несколько выемок разной длины.

На фиг 1-3 изображены варианты конструкции предложенного устройства.

Вариант конструкции предложенного гребенчатого СВЧ конденсатора (фиг. 1) содержит диэлектрическую подложку 1 (например, пластина толщиной 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью, равной 9, 6), на одной стороне которой расположен проводящий экран (не показан), а на другой стороне две обкладки из проводящего материала 2 и 3 (например, две микрополосковые линии поперечной шириной 1 мм), разделенные диэлектрической меандрообразной щелью 4 (например, шириной 0,1 мм), причем в обкладках выполнены примыкающие к меандрообразной щели выемки 5 (например, шириной 0,02 мм), причем выемки расположены в основаниях вилкообразных участков обкладок. Обкладки 2 и 3 служат также входным и выходным плечами для подключения устройства.

Вариант конструкции предложенного устройства (фиг. 2) отличается выполнением выемок изогнутыми (например, в виде прямоугольной спирали).

Другой вариант конструкции предложенного устройства (фиг. 3) отличается примыканием нескольких обладающих разной длиной выемок, в том числе изогнутых, к одной точке щели (например, двух (изогнутой и неизогнутой) выемок).

При работе предложенного устройства (фиг. 1 3) мощность СВЧ сигнала (например, со средней рабочей частотой 1,35 ГГц), поступившая в обкладку 2, прошла (с некоторым ослаблением, определяемым конструкцией меандра 4) в обкладку 3. Ввиду симметрии устройства аналогичная картина произошла и при подаче мощности вобкладку 3. Наличие выемок 5 препятствовало возникновению паразитных полуволновых резонансов в рабочей полосе частот.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве устранены паразитные резонансы в рабочей полосе частот. Примыкающие к меандрообразной щели выемки изменяют электрическую длину U-образных (т. е. в виде двузубой вилки) участков обкладок и смещают частоту паразитных резонансов вне пределов рабочей полосы частот. Выполнение выемок расположенными в основаниях вилкообразных участков обкладок (т.е. между зубьями "гребенки") позволяет практически не уменьшить емкость конденсатора (не затрагивается основная рабочая зона сами зубья и щели между их боками) и не влияет на распространение рабочего СВЧ сигнала (ввиду равенства потенциалов по обе стороны выемки).

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве увеличена относительная ширина рабочей полосы частот. Устранение паразитных резонансов из расчетной рабочей полосы частот делает возможным работу на всей расчетной рабочей полосе, а не только на ее участках между паразитными полуволновыми резонансами. По сравнению с прототипом в предложенном устройстве ширина экспериментально измеренной рабочей полосы частот, свободно от паразитных резонансов, увеличилась в 1,8 раза.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве снижены потери пропускания в рабочей полосе частот. Устранение паразитных резонансов уменьшает ослабление пропускаемого сигнала на величину высоты (в дБ) устраненного паразитного пика "всплеска". Улучшение пропускания составило 0,7 1,4 дБ.

Наличие изогнутости выемок позволяет делать выемку достаточно компактной, а большая длина выемки (по сравнению с неизогнутым вариантом) позволяет дальше удалить частоту паразитного резонанса от средней рабочей частоты.

Примыкание нескольких выемок разной длины к одной и той же точке щели позволяет эффективнее смещать паразитные резонансы из рабочей полосы частот, так как несколько выемок подавляют паразитный всплеск в рабочей полосе частот в нескольких частотных точках и позволяет, в итоге, сделать устранение паразитного резонанса более полным.

Кроме того, к дополнительным достоинствам предложенного устройства относится то, что неравная длина выемок в разных вилкообразных участках позволяет избежать наложения смещенных паразитных резонансов (от разных вилкообразных участков) друг на друга за пределами рабочей полосы (так как смещение частоты паразитного резонанса пропорционально длине выемки).

К дополнительным достоинствам предложенного устройства относятся малые поперечные габариты, что позволяет сделать результирующую поперечную ширину устройства равной ширине типовой трактовой 50-омной микрополосковой линии. Это позволяет улучшить согласование (уменьшить отражение СВЧ сигнала на входе) ввиду равенства волнового сопротивления трактовой линии и входного импеданса устройства,
Кроме того, к достоинствам предложенного устройства относится удобный ортогональный характер геометрии топологии (состоит преимущественно из вертикальных и горизонтальных отрезков), который адаптирован к предъявляемым требованиям по программируемому вводу и легко реализуется современными автоматизированными устройствами изготовления фотошаблонов.

Изготовленные опытные образцы предложенного устройства показали, что они по эксплуатационным параметрам не уступают известным аналогам и прототипу, причем топология предложенного устройства имеет удобную для реализации компактную геометрическую структуру (малые поперечные размеры).

Использование: в радиолокации, радиосвязи и т.д. Сущность изобретения: гребенчатый СВЧ конденсатор содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен проводящий экран, а на другой стороне - две обкладки из проводящего материала, разделенные диэлектрической меандрообразной щелью, причем в обкладках выполнены примыкающие к меандрообразной щели выемки, причем выемки расположены в основаниях вилкообразных участков обкладок образованных меандрообразной щелью. Выемки могут быть изогнуты, причем к одной точке щели могут примыкать несколько выемок разной длины. Изобретение позволяет устранить паразитные резонансы в рабочей полосе частот, увеличить относительную ширину рабочей полосы частот, снизить потери пропускания. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Гребенчатый СВЧ-конденсатор, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен проводящий экран, а на другой стороне две обкладки из проводящего материала, разделенные диэлектрической меандрообразной щелью, отличающийся тем, что в обкладках выполнены примыкающие к меандрообразной щели выемки, причем выемки расположены в основаниях вилкообразных участков обкладки, образованных меандрообразной щелью. 2. Конденсатор по п. 1, отличающийся тем, что выемки изогнуты. 3. Конденсатор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что к одной точке щели примыкает несколько выемок разной длины.