Устройство для изоляции входа и выхода микрополосковой линии по постоянному току Российский патент 2025 года по МПК H01P5/18 

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для изоляции входа и выхода микрополосковой линии по постоянному току без внесения существенного затухания в передаваемый СВЧ-сигнал.

Известно устройство для изоляции входа и выхода линии с квази-ТЕМ волной, содержащее полосовой фильтр на двух связанных четвертьволновых линиях передачи, выполненных в виде разделенного продольным разрезом центрального проводника симметричной полосковой или микрополосковой линии передачи (GB, заявка N 2153155, H01P 1/203, 1985).

Недостатком этого устройства является ограниченная частотная полоса, обусловленная слабой краевой связью полосковых (микрополосковых) проводников. Действительно, при боковой связи тонких полосковых (микрополосковых) проводников, используемых в аналоге, основная часть силовых линий поля концентрируется в пространстве между плоскими поверхностями проводников и заземленными пластинами, и лишь незначительная часть силовых линий связывает смежные края полосок при нечетном возбуждении. Связь между такими полосками даже при максимальном сближении, исключающем возможность касания, не удается сделать сильнее 10-12 дБ, что и ограничивает частотную полосу аналога, в лучшем случае, одной октавой.

Известно устройство для изоляции входа и выхода линии с ТЕМ волной, содержащее коаксиальную линию с объемным (сплошным) центральным проводником, при разрезе которого его части имеют большую площадь взаимодействия; в узком зазоре между обращенными друг к другу широкими плоскими поверхностями частей центрального проводника коаксиальной линии обеспечивается сильнейшая концентрация поля, при сравнительно слабом поле в пространстве между внешним и внутренними проводниками. При практически реализуемом зазоре порядка 0,06 мм коэффициент связи близок к максимальному значению (единице), чем и определяется широкополосность устройства. Недостатком такого устройства является многооперационность технологии изготовления его в как в коаксиальном варианте, так и в микрополосковом варианте. Устройство представляет собой простой конденсатор относительно большой ёмкости, что и определяет его характеристики и многооперационность технологии изготовления. В современной компактной СВЧ аппаратуре такое решение не пригодно.

Известно также простое устройство для изоляции входа и выхода линии с ТЕМ волной, содержащее связанные микрополосковые линии. Однако такие устройства имеют рабочую полосу частот, не превышающую 25% от средней частоты диапазона по уровню S11≤-20дБ и не пригодны для использования в широкополосных устройствах.

Технической задачей изобретения является обеспечение надежной изоляции входа и выхода микрополосковой линии с квази-ТЕМ волной без существенного ослабления передаваемого СВЧ сигнала в широкой полосе, охватывающей до полутора октав.

Сущность изобретения заключается в том, что в микрополосковой линии с квази-ТЕМ волной использованы связанные микрополосковые линии с подключёнными к противоположным концам связанных отрезков микрополосковых линий высокоомными микрополосковыми шлейфами, последовательно подключёнными к разомкнутым низкоомным микрополосковым шлейфам. Подключение микрополосковых шлейфов улучшает передаточные характеристики конструкции тем, что вносит ниже и выше средней частоты дополнительные реактивности, компенсирующие реактивности в отрезках связанных линий в точках подключения к основной микрополосковой линии. Вследствие этого расширяется полоса пропускания устройства путём подъёма краёв её характеристики передачи. Формируется плоская в полутора октавном диапазоне частот характеристика коэффициента передачи. Потери в таком устройстве существенно не отличаются от потерь в известном изоляторе на связанных микрополосковых линиях.

На Фиг. 1 изображен вариант устройства, выполненного на подложке из поликора с относительной диэлектрической проницаемостью 9,8 и с толщиной 0,5 мм. К основаниям пальцев 1 связанных микрополосковых линий подключены высокоомные шлейфы 2, последовательно подключённые к разомкнутым низкоомным шлейфам 3. В качестве разомкнутых низкоомных шлейфов применены микрополосковые короткозамыкатели в виде разомкнутых секторных шлейфов.

Рассмотрим работу предложенного решения расширения рабочей полосы устройства для изоляции входа и выхода микрополосковой линии по постоянному току.

В предложенном устройстве два высокоомных шлейфа подключены к противоположным концам связанных отрезков микрополосковых линий. В свою очередь высокоомные микрополосковые шлейфы последовательно подключены к низкоомным микрополосковым разомкнутым шлейфам. Размеры всех элементов устройства подобраны так, что такое подключение расширяет рабочую полосу устройства, так как такая комбинация из элементов устройства приводит к взаимной компенсации их реактивных проводимостей в некоторой полосе частот. Размеры элементов могут варьироваться с условием получения идентичных результатов. При необходимости создания устройства на другой частотный диапазон следует, сохраняя значения волновых сопротивлений элементов, изменять их длины обратно пропорционально изменению средней частоты диапазона. При применении подложки другой толщины нужно корректировать поперечные размеры элементов. Также нужно учитывать значение относительной диэлектрической проницаемости при замене материала подложки.

Все элементы предлагаемого устройства для изоляции входа и выхода микрополосковой линии по постоянному току выполняются без проблем с помощью стандартной фотолитографической технологии и не требуют в дальнейшем какой-либо настройки.

Проработан вариант устройства, топология которого показана на Фиг. 1. Устройство имеет рабочий диапазон 7-21 ГГц со значениями S21<0,3≤дБ и S11≤-20дБ.

Изобретение относится к технике СВЧ. Устройство для изоляции входа и выхода микрополосковой линии по постоянному току, содержащее отрезок связанных микрополосковых линий с подключёнными к противоположным концам связанных отрезков микрополосковых линий высокоомными микрополосковыми шлейфами, последовательно подключёнными к разомкнутым низкоомным микрополосковым шлейфам. При этом в качестве разомкнутых низкоомных шлейфов применены микрополосковые короткозамыкатели в виде разомкнутых секторных шлейфов. Технический результат - обеспечение надежной изоляции входа и выхода микрополосковой линии с квази-ТЕМ волной без существенного ослабления передаваемого СВЧ-сигнала в широкой полосе, охватывающей до полутора октав. 1 ил.

Устройство для изоляции входа и выхода микрополосковой линии по постоянному току, содержащее отрезок связанных микрополосковых линий с подключёнными к противоположным концам связанных отрезков микрополосковых линий высокоомными микрополосковыми шлейфами, последовательно подключёнными к разомкнутым низкоомным микрополосковым шлейфам, отличающееся тем, что в качестве разомкнутых низкоомных шлейфов применены микрополосковыe короткозамыкатели в виде разомкнутых секторных шлейфов.