Гибкая объемная СВЧ полосковая линия задержки на полимерной основе (варианты) Российский патент 2021 года по МПК H03H7/30 H01P9/02 

Известна линия задержки на основе высокотемпературного сверхпроводящего материала [1]. Линия задержки выполнена на основе копланарной линии передачи на подложке из LaAIO3. При этом центральный проводник имеет форму зигзага и скручен в двойную спираль.

Недостатком указанной линии задержки является необходимость охлаждения до температуры сверхпроводимости и громоздкость. Другим ее недостатком является низкая технологичность, вызванная необходимостью выравнивания с помощью перемычек потенциалов между соседними плоскостями заземления, находящимися по разные стороны от центрального проводника. Еще одним недостатком указанной линии задержки является применение редкоземельных элементов и дорогостоящих материалов.

Известна другая линия задержки на основе высокотемпературного сверхпроводящего материала, выполненная по полосковой технологии [2]. Линия задержки состоит из двух диэлектрических оснований, на каждое из которых нанесен проводник, скрученный в двойную спираль. Проводники на обоих основаниях имеют идентичную топологию, обладающую зеркальной симметрией относительно плоскости, разделяющей диэлектрические основания. Полосковые проводники на обоих основания совмещаются до полного совпадения с помощью специальных отверстий, выполненных на обоих основаниях. Диэлектрическое основание выполнено из алюмината лантана. Полосок выполнен из оксида иттрия-бария-меди.

Недостатком линии задержки (ЛЗ) является необходимость охлаждения до температуры сверхпроводимости и громоздкость. Другим недостатком является наличие провалов в коэффициенте передачи линии задержки, а, следовательно, и групповом времени задержки. Неоднородность (провалы) коэффициента передачи вызваны неоднородностью среды распространения, причина которой заключается в наличии воздушных щелей между двумя совмещенными диэлектрическими основаниями. Еще одним недостатком указанной линии задержки является применение редкоземельных элементов и дорогостоящих материалов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является копланарная линия задержки, выполненная на гибком полимерном основании [3]. Линия задержки состоит из гибкого диэлектрического основания, на котором с одной стороны выполнена копланарная линия передачи, а с другой стороны выполнена сплошная плоскость заземления. Центральный проводник копланарной линии передачи выполнен в форме серпантина. Гибкое основание скручено в спираль таким образом, что вход и выход линии задержки доступны на внешней стороне цилиндра. При этом часть линии задержки, из-за наложения заземляющей плоскости на обратной стороне подложки, фактически является полосковой линией передачи, а оставшаяся часть является копланарной линией задержки. Разрыв однородности среды распространения приводит к скачкам волнового сопротивления линии задержки и неоднородности группового времени задержки.

Недостатком устройства-прототипа является ограниченный частотный диапазон, наличие скачков в коэффициенте передачи и групповом времени задержки, вызванные неоднородностью среды распространения.

Техническим результатом изобретения является уменьшение неоднородности конфидента передачи, неоднородности группового времени задержки, дисперсии группового времени задержки.

Целью изобретения является уменьшение неоднородности коэффициента передачи, неоднородности и дисперсии группового времени задержки при сохранении габаритных размеров линии задержки за счет применения полностью симметричной полосковой линии передачи на гибкой полимерной основе, скрученной в спираль.

Заявленный результат достигается тем, что в линии задержки, выполненной на гибком полимерном основании, скрученном в спираль, центральный проводник прямоугольного сечения заключен между двумя слоями равной толщины гибкого полимерного диэлектрика, каждый из которых с внешней стороны покрыт проводящим слоем, образуя, таким образом, полосковую линию передачи.

Также заявленный результат достигается тем, что в линии задержки, выполненной на гибком полимерном основании, скрученном в спираль, центральный проводник круглого сечения заключен между двумя слоями равной толщины гибкого полимерного диэлектрика, каждый из которых с внешней стороны покрыт проводящим слоем, образуя, таким образом, полосковую линию передачи.

Сущность изобретения поясняется чертежами на фигурах 1,2,3. На фиг.1 представлено поперечное сечение линии задержки на основе полосковой линии передачи с центральным проводником прямоугольного сечения. Линия задержки состоит из центрального проводника 1, проводящих плоскостей 2.1 и 2.2, полимерного диэлектрика 3.

На фиг.2 представлено поперечное сечение линии задержки на основе полосковой линии передачи с центральным проводником круглого сечения. Линия задержки состоит из центрального проводника 4, проводящих плоскостей 5.1 и 5.2, полимерного диэлектрика 6.

На фиг. 3 представлено схематичное изображение рассматриваемой линии задержки c центральным проводником плоского сечения с поворотом линии передачи на 90 градусов у начала и конца линии задержки.

Конструктивно линия задержки представляет собой полосковую линию передачи на гибкой полимерной основе 3 (6), которая скручена в спираль. Таким образом, центральный проводник 1 (4), полимерное основание 3 (6) и проводящие плоскости 2.1, 2.2 (5.1, 5.2) скручены в спираль. В скобках отмечены номера конструктивных элементов линии задержки с круглым сечением центрального проводника, изображенной на фиг. 2. При этом конец и начало линии задержки для удобства монтажа и установки могут иметь поворот на произвольный угол. Полная симметрия среды распространения обеспечивает возбуждение TEM-волны с равной фазовой скоростью на всех частотах рабочего диапазона частот линии задержки. Равность фазовых скоростей устраняет дисперсию группового времени задержки ЛЗ. Наличие верхней и нижней проводящих плоскостей 2.1, 2.2 (5.1, 5.2) устраняет взаимное влияние соседних витков линии задержки друг на друга, устраняя провалы в коэффициенте передачи и неоднородности в групповом времени задержки. Применение в качестве диэлектрического основания 3 (6) полипропилена [4] или СВЧ полиимида [5] позволяет снизить вносимые линией задержки потери. Скручивание всей конструкции в спираль позволяет сохранить габаритные размеры линии задержки неизменными. Центральный проводник (1) прямоугольного сечения может быть выполнен механически или травлением из фольги. В качестве центрального проводника (4) круглого сечения может использоваться медная проволока подходящего сечения.

Список использованных источников

1. Shihong Y., Shengwang W., Laiping H., Tao Z., Zhihua W. High-temperature superconductive delay line. Патент Китайской Народной Республики на изобретение № CN101707275A.

2. Talisa S. H., Janocko D.J., Nye R.S., Pieseski S.J., Buck D.C., LePage P., McGann W.E., Moskowitz C., High-temperature superconducting microwave delay line of spiral configuration. Патент США на изобретение № US5974335.

3. Johnston E. J., Rolled delay line of the coplanar line type. Патент США на изобретение № US4675625.

4. C.C. Ibeh, “Thermoplastic materials. Properties, manufactureing methods and applications,” CRC Press, 597 p., 2104.

5. Першин, А. Д. Использование диэлектрических покрытий из полиимида в технологии изготовления мощных СВЧ транзисторов/А.Д. Першин, М.В. Гладких, И.И. Моин, В.И. Диковский// Материалы V Международной научно-технической школы-конференции "Молодые ученые". – 2008. – с. 75 – 79.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в технике обработки сигналов, измерительной технике. Техническим результатом изобретения является уменьшение неоднородности конфидента передачи, неоднородности группового времени задержки, дисперсии группового времени задержки. Для этого предложена линия задержки, выполненная на гибком полимерном основании, скрученная в спираль, при этом центральный проводник прямоугольного или круглого сечения заключен между двумя слоями равной толщины гибкого полимерного диэлектрика, каждый из которых с внешней стороны покрыт проводящим слоем, образуя таким образом полосковую линию передачи, при этом в качестве диэлектрического основания применен полипропилен или СВЧ полиимид. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Линия задержки, выполненная на гибком полимерном основании, скрученная в спираль, отличающаяся тем, что центральный проводник прямоугольного сечения заключен между двумя слоями равной толщины гибкого полимерного диэлектрика, каждый из которых с внешней стороны покрыт проводящим слоем, образуя таким образом полосковую линию передачи, при этом в качестве диэлектрического основания применен полипропилен или СВЧ полиимид.

2. Линия задержки, выполненная на гибком полимерном основании, скрученная в спираль, отличающаяся тем, что центральный проводник круглого сечения заключен между двумя слоями равной толщины гибкого полимерного диэлектрика, каждый из которых с внешней стороны покрыт проводящим слоем, образуя таким образом полосковую линию передачи, при этом в качестве диэлектрического основания применен полипропилен или СВЧ полиимид.