Микрополосковый делитель мощности с расширенной полосой Российский патент 2024 года по МПК H01P5/12 

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и предназначено для построения устройств распределения сигналов между линиями передачи в сантиметровом диапазоне длин волн.

Известен простейший синфазный полосковый делитель мощности [Wilkinson Е.J. An n-way hybrid power divider // IRE Trans. 1960. Vol. MTT-8, № 1], содержащий один четвертьволновый трансформирующий участок и один резистор, который обеспечивает согласование и развязку его выходов на средней частоте диапазона. Рабочая полоса этого делителя при основной центральной частоте 10 ГГц составляет 3,4 ГГц при развязке на уровне -20 дБ.

Известен полосковый делитель мощности RU 2392702 С2, содержащий две выходные линии передачи, каждая из которых соединена с входной линией передачи, и, по крайней мере, один резистор, включенный между выходными линиями передачи на некотором расстоянии от точки разветвления, отличающийся тем, что рядом с резистором и параллельно ему дополнительно расположена проводящая полоска, концы которой находятся напротив проводников выходных линий передачи и имеют с ними емкостную связь. Такая конструкция представляется достаточно сложной и реализация такого решения в микрополосковом исполнении затруднена при серийном и крупносерийном производстве, учитывая необходимость настройки.

Известны сверхширокополосные делители мощности RU 2621887 С1, RU 2709107, RU 2334312 С1 и другие с большими рабочими полосами рабочих частот. Однако у них большие потери передаваемой мощности в рабочей полосе частот, что недопустимо при использовании этих конструкций, например, в мощных СВЧ усилителях.

Целью изобретения является расширение рабочей полосы частот при приемлемом уровне развязки между выходами делителя и согласования входа и выходов на частотах сантиметрового диапазона. Улучшение согласования и развязки выходов делителя улучшает работу СВЧ устройств, в состав которых входит делитель мощности. При этом снижаются потери мощности на отражение и уменьшается нежелательная связь между двумя линиями передачи.

Поставленная цель достигается за счет введения следующих изменений: в известном простейшем синфазном кольцевом делителе мощности [Wilkinson E.J. An n-way hybrid power divider // IRE Trans. 1960. Vol. MTT-8, № 1], содержащем две микрополосковые выходные линии передачи, каждая из которых соединена с входной микрополосковой линией передачи, и резистор, включенный между выходными линиями передачи на четвертьволновом расстоянии от точки разветвления, согласно изобретению между кольцом и входной линией применён в качестве согласующего четвертьволновый трансформатор и к точке стыковки трансформирующего участка с кольцом подключён один или два четвертьволновых короткозамкнутых шлейфа с волновым сопротивлением одного шлейфа 50 Ом и более или двух шлейфов 100 Ом и более для каждого.

На Фиг. 1 изображена конфигурация полосковых проводников полоскового делителя мощности с расширенной полосой, где указаны величины их волновых сопротивлений с величиной длин этих проводников и включенный между ними резистор с указанием его омического сопротивления. В качестве элемента, выполняющего короткое замыкание 75- омного шлейфа на средней рабочей частоте использован конденсатор С. Возможно непосредственное гальваническое заземление шлейфа при отсутствии потребности в гальванической развязке делителя от «земли».

На Фиг. 2 изображен полосковый делитель мощности с расширенной полосой с указанием позиций элементов его образующих. Входной 50-омный участок 1 стыкуется с четвертьволновым трансформирующим участком 2. Этот участок 2 в свою очередь стыкуется с кольцом делителя, образованным двумя четвертьволновыми участками 3, и с шлейфом 6 с волновым сопротивлением 75 Ом, который вторым концом стыкуется со шлейфом 7 с волновым сопротивлением 17 Ом, выполненным в виде полукруга радиусом в четверть волны на средней рабочей частоте. Участки 3 соединены выходными концами друг с другом резистором 4. К выходным концам участков 3 пристыкованы 50-омные каналы 5.

На Фиг. 3 изображен тот же полосковый делитель, но с заменой одного шлейфа как на Фиг. 1 двумя шлейфами с удвоенным волновым сопротивлением (150 Ом).

На Фиг. 4 изображен тот же полосковый делитель, но с заменой одного шлейфа как на Фиг. 2 двумя шлейфами с удвоенным волновым сопротивлением (150 Ом).

На Фиг. 5 изображен тот же полосковый делитель, но с расположением шлейфа аналогичного Фиг. 1 по оси симметрии конструкции в направлении к выходу делителя с изолированной токопроводящей перемычкой 8 над резистором.

Рассмотрим работу предложенного решения расширения полосы микрополоскового делителя.

В данной конструкции короткозамкнутый шлейф или два шлейфа длиной в четверть волны на средней частоте диапазона и имеющий волновое сопротивление одного шлейфа 50 Ом и более или двух шлейфов 100 Ом и более для каждого, подключён к точке стыковки четвертьволнового трансформирующего участка, расположенного на входе делителя, и кольца делителя, состоящего из двух четвертьволновых отрезков и резистора соединяющего их на выходе из делителя. Такое подключение короткозамкнутого шлейфа (или двух шлейфов) расширяет рабочую полосу делителя вследствие того, что четвертьволновый шлейф вносит в схему в точке подключения реактивные проводимости противоположного знака по отношению к реактивным проводимостям в этой точке схемы без этого шлейфа таким образом, что компенсация происходит в широкой полосе частот. Вследствие этого расширяется полоса пропускания конструкции и развязка выходов делителя путём подъёма краёв её характеристики передачи и улучшения развязки. Формируется характеристика развязки выходов делителя с тремя минимумами, что позволяет расширить рабочую полосу по сравнению с простым делителем Уилкинсона.

Все элементы предлагаемой конструкции микрополоскового делителя мощности с расширенной полосой выполняются без проблем с помощью стандартной фотолитографической технологии и не требуют в дальнейшем какой-либо настройки. При использовании 150-омных шлейфов они могут быть изготовлены в виде тонких проволочек, лежащих на поверхности диэлектрической пластины. Так металлическая проволочка диаметром 0,012 мм расположенная на поликоровой пластине толщиной в один миллиметр, металлизированной с обратной стороны, образует линию с требуемым волновым сопротивлением 150 Ом.

Примеры выполнения делителя, приведённые на фигурах 1-5 имеют в полосе частот 7-13 ГГц следующие характеристики: развязка между выходными каналами -18 дБ, ослабление сигнала (деление) на проход -3,05 дБ, возвратные потери по входу -20 дБ, возвратные потери по выходу -18 дБ.

Простейший синфазный полосковый делитель мощности по схеме Уилкинсона имеет полосу 7,6-12,2 ГГц при такой же развязке между выходными каналами.

Изобретение относится к СВЧ-технике. Микрополосковый делитель мощности, содержащий две микрополосковые выходные линии передачи, каждая из которых соединена с входной микрополосковой линией передачи, и резистор, включенный между выходными линиями передачи на четвертьволновом расстоянии от точки разветвления. При этом составляющие кольцо микрополосковые выходные четвертьволновые отрезки линий соединены с входной микрополосковой линией через микрополосковый согласующий трансформирующий четвертьволновый участок, и к точке стыковки трансформирующего участка с кольцом подключен один четвертьволновый короткозамкнутый шлейф с волновым сопротивлением от 50 Ом и более. Технический результат – расширение рабочей полосы частот. 5 ил.

Микрополосковый делитель мощности, содержащий две микрополосковые выходные линии передачи, каждая из которых соединена с входной микрополосковой линией передачи, и резистор, включенный между выходными линиями передачи на четвертьволновом расстоянии от точки разветвления, отличающийся тем, что составляющие кольцо микрополосковые выходные четвертьволновые отрезки линий соединены с входной микрополосковой линией через микрополосковый согласующий трансформирующий четвертьволновый участок, и к точке стыковки трансформирующего участка с кольцом подключен один четвертьволновый короткозамкнутый шлейф с волновым сопротивлением от 50 Ом и более или подключены два четвертьволновых короткозамкнутых шлейфа с волновым сопротивлением от 100 Ом и более.