МИКРОПОЛОСКОВЫЙ АТТЕНЮАТОР Российский патент 2002 года по МПК H01P1/22 

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно - 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, включенные по П-образной или Т-образной схеме (см. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств/ Под ред. В. И.Вольмана. - М.: Радио и связь, 1982, с.192, рис. 4.42а, б). Недостатками указанного устройства являются: во-первых, малая допустимая СВЧ мощность (так как в указанном устройстве резистивные элементы являются сосредоточенными элементами); во-вторых, необходимость осуществления заземления (для одного из концов каждого параллельного резистора); в-третьих, указанное устройство сложно в изготовлении в частном случае получения малых (менее 3 дБ) величин ослаблений (так как в этом случае величины последовательного и параллельного сопротивлений существенно отличаются (больше, чем на порядок), что приводит к необходимости формировать два вида поверхностного сопротивления (для низкоомных и для высокоомных резисторов)).

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 (см. авт. св. 1434514 СССР, Н 01 Р 1/22, БИ 40, 1988).

Недостатками указанного устройства являются: во-первых, трудность присоединения выходной линии к выходной контактной площадке (так как она со всех сторон на плоскости окружена элементами устройства); во-вторых, необходимость осуществления заземления (для заземляющей контактной площадки).

Известен взятый в качестве прототипа микрополосковый аттенюатор, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой нанесен проводящий экран, а на другой стороне постоянный по ширине слой резистивного материала, на который нанесены проводники, разделенные выполненными под углом к продольной оси аттенюатора щелями (заполненными резистивным материалом), причем в средней части аттенюатора щели выполнены сквозными. Величина угла плавно изменяется от прямого в средней части устройства к острому на концах устройства, длины проводников и ширины щелей меньше четверти длины волны (см. авт. св. 1548817 СССР, Н 01 Р 1/22, БИ 9, 1990).

Недостатками указанного устройства являются: во-первых, малая допустимая рассеиваемая мощность (так как в указанном устройстве резистивные элементы (щели, заполненные поглощающим слоем) являются сосредоточенными элементами (с малой площадью)); во-вторых, возможность локального перегрева в местах соединения резистивного материала и проводников (в углах щелей (особенно в острых углах) из-за неоднородности распределения электромагнитного поля); в-третьих, возможность электрического пробоя в местах соединения резистивного материала и проводников (в углах щелей (особенно в острых углах) из-за неоднородности распределения электромагнитного поля).

Решаемой технической задачей изобретения является, во-первых, увеличение допустимой рассеиваемой мощности; во-вторых, устранение возможного локального перегрева в местах соединения резистивного материала и проводников; в-третьих, устранение возможности электрического пробоя в местах соединения резистивного материала и проводников.

Решаемая техническая задача достигается за счет того, что в известном микрополосковом аттенюаторе, содержащем диэлектрическую подложку, на одной стороне которой нанесен проводящий экран, а на другой стороне слой резистивного материала, на который нанесены проводники, слой резистивного материала выполнен ступенчато уменьшающимся по ширине по направлению от середины к концам микрополоскового аттенюатора, проводники расположены в местах изменений ширины слоя резистивного материала и имеют на наружных краях скругления, а на внутренних краях выступы. Ширина слоя резистивного материала может быть выполнена изменяющейся через четверть длины волны, скругления могут иметь форму частей окружности, выступы соседних проводников могут быть выполнены соприкасающимися.

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

Микрополосковый аттенюатор (см. фиг. 1 и 2) содержит диэлектрическую подложку 1 (например, поликоровую подложку толщиной 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью, равной 9,6), на одной стороне которой нанесен проводящий экран (не показан), а на другой стороне слой резистивного материала 2 (например, из резистивного материала с удельным поверхностным сопротивлением 80 Ом/□), на который нанесены проводники 3 (например, из проводящего материала на основе медного сплава), слой резистивного материала 2 выполнен ступенчато уменьшающимся по ширине по направлению от середины к концам микрополоскового аттенюатора, проводники 3 расположены в местах изменений ширины слоя резистивного материала 2 и имеют на наружных краях скругления 4, а на внутренних краях выступы 5. Концы предложенного устройства присоединены к плечам, например, в виде микрополосковых линий 6 и 7 (например, 50-омные микрополосковые линии, ширина каждой из которых равна 1 мм). Изменения ширины слоя резистивного материала 2 могут происходить через четверть длины волны (например, ширины двух крайних боковых участков аттенюатора w'= 1,3 мм, ширины двух промежуточных участков w''=1,6 мм и ширина центрального участка w'''= 2 мм таковы, что образуют пять последовательно включенных согласованных четвертьволновых трансформаторов сопротивлений, причем длина каждого из участков равна, например, 5,5 мм (для центральной частоты 5 ГГц)), скругления 4 могут иметь форму частей окружности, в варианте конструкции устройства (см. фиг.1) выступы 5 могут иметь треугольную форму. В варианте конструкции устройства (см. фиг.2) выступы 5 могут иметь трапециидальную форму, причем выступы соседних проводников соприкасаются (например, вершинами трапеций).

При работе предложенного устройства поступившая в плечо 6 (см. фиг.1 и 2) мощность СВЧ сигнала (например, с рабочей частотой 5 ГГц) на слое резистивного материала 2 преобразуется в тепловую; оставшаяся СВЧ мощность поступает в плечо 7. Аналогично работает предложенное устройство и при поступлении мощности СВЧ сигнала в плечо 7.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве увеличена допустимая рассеиваемая мощность за счет того, что, во-первых, мощность СВЧ сигнала преобразуется в тепловую на распределенных резистивных элементах (слой резистивного материала 2 в предложенном устройстве), а не на сосредоточенных резистивных элементах (щели, заполненные резистивным материалом, в прототипе); во-вторых, ширина слоя резистивного материала 2 увеличена по сравнению с шириной входной микрополосковой линии 6, что увеличивает площадь резистивного слоя, на котором происходит рассеивание мощности; в-третьих, выступы 5 регулируют распределение рассеиваемой мощности по длине устройства, делая, например, рассеивание мощности более равномерным по длине устройства (регулировку осуществляют, например, за счет изменения расстояния между выступами (фиг.1), ширины области соприкосновения выступов (фиг.2): чем меньше расстояние между выступами (фиг.1) или чем больше ширина области соприкосновения (фиг.2), тем меньше выделяемая на этом участке мощность).

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве устранена возможность локального перегрева в местах соединения резистивного материала и проводников, так как, во-первых, в местах геометрических неоднородностей (в местах изменений ширины резистивного слоя) на слой резистивного материала 2 нанесены проводники 3 (препятствующие тепловыделению за счет высокой проводимости и улучшающие рассеивание тепла за счет высокой теплопроводности), во-вторых, скругления 4 плавно изменяют общую ширину устройства, не допуская неоднородностей электрического поля (в частности, вызывающих локальный перегрев локальных максимумов электрического поля), в-третьих, выступы 5 плавно меняют ширину проводников, не допуская неоднородностей электрического поля (в частности, вызывающих локальный перегрев локальных максимумов электрического поля).

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве устранена возможность электрического пробоя в местах соединения резистивного материала и проводников, так как, во-первых, скругления 4 плавно изменяют общую ширину устройства, не допуская неоднородностей электрического поля (в частности, вызывающих локальный перегрев локальных максимумов электрического поля), во-вторых, выступы 5 плавно меняют ширину проводников, не допуская неоднородностей электрического поля (в частности, вызывающих локальный перегрев локальных максимумов электрического поля).

Так как конструкция предложенного устройства (см. фиг.1) выполнена со ступенчато уменьшающимся по ширине по направлению от середины к концам микрополоскового аттенюатора слоем резистивного материала 2, а изменения ширины слоя резистивного материала происходят через четверть длины волны, то в результате обеспечено согласование (коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) менее 1,5) в широком диапазоне частот (от 1 до 9 ГГц (с наилучшим согласованием для центральной частоты 5 ГГц)).

К достоинствам предложенного устройства относится то, что при его изготовлении не нужно делать заземлений.

Также к достоинствам предложенного устройства следует отнести то, что выступы позволяют легко менять распределение рассеиваемой мощности по длине устройства (например, за счет удаления концов несоприкасающихся выступов или перерезая перемычку между соприкасающимися выступами: чем больше расстояние между выступами (фиг.1) или чем меньше ширина области соприкосновения (фиг. 2), тем больше выделяемая на этом участке мощность). При этом можно осуществить максимальное рассеивание на том участке, который расположен вблизи теплорассеивающего радиатора (например, боковая стенка металлического корпуса).

Кроме того, к достоинствам предложенного устройства следует отнести то, что выступы позволяют легко менять распределение рассеиваемой мощности по ширине (поперечной оси участков) устройства (например, за счет удаления концов несоприкасающихся выступов или перерезая перемычку между соприкасающимися выступами: чем больше расстояние между выступами (фиг.1) или чем меньше ширина области соприкосновения (фиг.2), тем больше выделяемая на этой части участка устройства мощность). При этом можно осуществить максимальное рассеивание на той части участка устройства, который расположен вблизи теплорассеивающего радиатора.

Кроме того, к достоинствам предложенного устройства следует отнести то, что предложенное устройство изготовлено в едином технологическом цикле с изготовлением СВЧ интегральной схемы, так как все поглощающие резистивные участки предложенного устройства имеют одинаковое удельное поверхностное сопротивление.

Изобретение относится к области техники СВЧ и может быть использовано в радиолокации, радиосвязи и измерительной технике преимущественно для ослабления больших мощностей СВЧ сигнала. Технический результат состоит в увеличении допустимой рассеиваемой мощности, в устранении возможного локального перегрева в местах соединения резистивного материала и проводников, в устранении возможности электрического пробоя в местах соединения резистивного материала и проводников. Микрополосковый аттенюатор содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой нанесен проводящий экран, а на другой стороне - слой резистивного материала, на который нанесены проводники, слой резистивного материала выполнен ступенчато уменьшающимся по ширине по направлению от середины к концам микрополоскового аттенюатора, проводники расположены в местах изменений ширины слоя резистивного материала и имеют на наружных краях скругления, а на внутренних краях - выступы. Ширина слоя резистивного материала может быть выполнена изменяющейся через четверть длины волны, скругления могут иметь форму частей окружности, выступы соседних проводников могут быть выполнены соприкасающимися. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Микрополосковый аттенюатор, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой нанесен проводящий экран, а на другой стороне - слой резистивного материала, на который нанесены проводники, отличающийся тем, что слой резистивного материала выполнен ступенчато уменьшающимся по ширине по направлению от середины к концам микрополоскового аттенюатора, проводники расположены в местах изменений ширины слоя резистивного материала и имеют на наружных краях скругления, а на внутренних краях - выступы. 2. Микрополосковый аттенюатор по п. 1, отличающийся тем, что ширина слоя резистивного материала выполнена изменяющейся через четверть длины волны, скругления имеют форму частей окружности. 3. Микрополосковый аттенюатор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что выступы соседних проводников выполнены соприкасающимися.