Полосковый шлейфный направленный ответвитель

 

Использование: в технике СВЧ. Сущность изобретения: полосковый шлейфный направленный отвердитель содержит две линии передачи, соединенные центральным шлейфом четвертьволновой длины. По обе стороны центрального шлейфа на расстоянии в четверть длины волны от него включены боковые структуры, каждая из которых выполнена в виде навесного индуктивного элемента, концы которого соединены с линиями передачи посредством отрезков линии передачи. Навесной индуктивный элемент выполнен в виде катушки, а отрезки линии передачи расположены по разные стороны линии передачи. Центральный шлейф может быть изогнут в форме меандра. Отрезки линии передач в боковых структурах имеют импеданс и ширину полоска, пригодные для их беспрепятственной реализации в полосковом исполнении. Занимая площадь подложки не больше, чем у квадратного моста, предложенное устройство имеет рабочую полосу частот не хуже, чем у трехшлейфного направленного ответвителя. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к технике сверхвысоких частот (СВЧ), и может быть использовано в СВЧ-балансных преобразователях частоты, СВЧ-балансных усилителях частоты и других высокочастотных устройствах, где требуется деление мощности сигнала.

Известен полосковый квадратный мост, имеющий две линии передачи, соединенные на расстоянии четверти длины волны двумя четвертьволновыми шлейфами [1] Известен полосковый шлейфный направленный ответвитель, содержащий две линии передачи, соединенные одним центральным и двумя боковыми четвертьволновыми шлейфами, расположенными по обе стороны от центрального шлейфа на расстоянии в четверть длины волны [2] Известен полосковый шлейфный направленный ответвитель, содержащий две линии передачи, соединенные центральным шлейфом четвертьволновой длины, по обе стороны которого на расстоянии в четверть длины волны от него включены боковые структуры, каждая из которых выполнена в виде навесного индуктивного элемента, концы которого соединены с линиями передачи посредством отрезков линии передачи. Боковые структуры расположены между линиями передачи суммарная электрическая длина боковых структур равна 90^о, причем концы индуктивного элемента присоединены к открытым концам отрезков линии передачи. Центральный шлейф имеет прямолинейную форму [3] Недостатками указанного полоскового шлейфного направленного ответвителя являются: во-первых, не используется полезно значительная площадь подложки (в виде двух квадратов со стороной в четверть длины волны), заключенная между шлейфом, боковыми структурами и линиями передачи; велика занимаемая устройством площадь подложки (в частности из-за значительной не используемой полезно площади подложки); во-вторых, трудность технологической реализации устройства, так как контактная область отрезка линии передачи и конца индуктивного элемента уменьшена до узкой линии кромки (открытого конца) отрезка, что вынуждает вести пайку или сварку непосредственно на кромке, а не на контактной площадке; кроме того, необходимо точно выдерживать суммарную 90-градусную электрическую длину боковых структур, что приводит к дополнительной технологической операции определения и в случае необходимости подгонки электрической длины индуктивного элемента перед его установкой на подложку.

Целью изобретения является уменьшение не используемой полезно площади подложки и уменьшение занимаемой устройством площади подложки, а также облегчение реализации полоскового шлейфного направленного ответвителя.

Это достигается тем, что в полосковом шлейфном направленном ответвителе, содержащем две линии передачи, соединенные центральным шлейфом четвертьволновой длины, по обе стороны которого на расстоянии в четверть длины волны от него включены боковые структуры, каждая из которых выполнена в виде навесного индуктивного элемента, концы которого соединены с линиями передачи посредством отрезков линии передачи, навесной индуктивный элемент выполнен в виде катушки, отрезки линии передачи расположены по разные стороны линий передачи, причем центральный шлейф может быть изогнут в форме меандра.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема предложенного устройства; на фиг. 2 зависимость величины индуктивности катушки индуктивности предложенного устройства от центральной частоты; на фиг. 3-5 варианты топологии предложенного полоскового шлейфного направленного ответвителя.

Полосковый шлейфный направленный ответвитель (см. фиг. 1) содержит две линии передачи 1 (например, две 50-омные микрополосковые линии) между плечами 2 и 3 и плечами 4 и 5, соединенные центральным шлейфом 6 четвертьволновой длины (например, 71-омный микрополосковый шлейф), по обе стороны которого на расстоянии в четверть длины волны от него включены боковые структуры, каждая из которых выполнена в виде навесного индуктивного элемента, концы которого соединены с линиями передачи посредством отрезков линии передачи, причем навесной индуктивный элемент выполнен в виде катушки 7 (например, индуктивностью 16 нГн), отрезки линии передачи 8 (например, отрезки 49-омных микрополосковых линий длиной в 1/16 длины волны) расположены по разные стороны линий передачи.

Топология предложенного устройства реализована, например, на подложке с относительной диэлектрической проницаемостью равной 9,6 и толщиной 1 мм с нанесенным на обратную сторону подложки экраном. На фиг. 3 и 5 изображены варианты топологии предложенного устройства. Центральный шлейф 6 может быть изогнут в форме меандра (см. фиг. 4 и 5). В качестве примера на фиг. 2 дана зависимость величины индуктивности катушки индуктивности (для случая трехдецибельного полоскового шлейфного направленного ответвителя с 50-омными микрополосковыми линиями передачи на подложке толщиной 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью 9,6) от центральной частоты (значения длин и импедансов отрезков линии в боковых структурах указаны рядом с кривыми графика).

Поступающая в плечо 2 мощность СВЧ-сигнала (например, с центральной частотой 1 ГГц) по линии передачи частично поступает в плечо 3, частично по центральному шлейфу 6 и боковым структурам, соединяющим линии передачи, ответвляется в плечо 5. Соотношение мощностей, поступающих в плечи 3 и 5, например 1:1. Из-за четвертьволнового расстояния между центральным шлейфом и боковыми структурами плечо 4 оказывается электрически развязанным в рабочем диапазоне частот. Ввиду симметрии устройства аналогичная картина происходит и при подаче мощности в любое другое плечо.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве уменьшена не используемая полезно площадь подложки и уменьшена занимаемая устройством площадь подложки. Благодаря тому, что отрезки линии передач расположены на топологии вне пространства между линиями передачи (т.е. по разные стороны их), это позволило сблизить линии передачи в месте, где они соединены с боковыми структурами (см. фиг. 3 и 5), в результате чего уменьшены как не используемая полезно площадь подложки, так и занимаемая устройством площадь. Топология предложенного устройства на фиг. 3 занимает площадь в 2,3 раза меньшую, чем прототип. Топология предложенного устройства на фиг. 5 занимает площадь в 2,5.3 раза меньшую, чем прототип. Для того, чтобы показать, как форма центрального шлейфа влияет на экономию площади подложки, приведена сравнительная топология на фиг. 4. При сравнении с ее помощью топологии прототипа и предложенного устройства на фиг. 3 и 5 видно, что реализация центрального шлейфа в форме меандра позволила достичь дополнительной экономии площади подложки. Благодаря реализации центрального шлейфа в форме меандра с расположением его на топологии (см. фиг. 5) между линиями передачи и боковыми структурами, у предложенного устройства (см. фиг. 5) практически нет не используемой полезно площади подложки.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве облегчена реализация полоскового шлейфного направленного ответвителя. Контактная область отрезка линии передачи и конца индуктивного элемента представляет собой не узкую линию кромки открытого конца отрезка (как в прототипе), а достаточную для пайки или сварки контактную площадку (см. фиг. 3 и 5). Кроме того, в предложенном устройстве отрезок линии передачи электрически эквивалентен емкости, а катушка индуктивности также является сосредоточенным элементом, поэтому боковые структуры предложенного устройства работают как сосредоточенные элементы, тогда как в прототипе как распределенные элементы. Поэтому в предложенном устройстве нет необходимости выдерживать 90-градусную электрическую длину боковых структур. Это приводит к облегчению реализации предложенного устройства благодаря отсутствию технологической операции определения и подгонки электрической длины индуктивного элемента перед установкой на подложку (что необходимо делать в прототипе).

Дополнительным достоинством предложенного устройства является то, что отрезки линии передачи в боковых структурах имеют импеданс и ширину полоска пригодные для их беспрепятственной реализации в полосковом исполнении, так как при увеличении величины индуктивности катушки индуктивности уменьшается импеданс и увеличивается ширина полоска отрезка (см. фиг. 2).

Кроме того, занимая площадь подложки не больше, чем у квадратного моста, предложенное устройство имеет рабочую полосу частот не хуже, чем у трехшлейфного направленного ответвителя, т.е. относительную рабочую полосу частот 43% при коэффициенте стоячей волны по напряжению менее 1,5, коэффициент перекрытия 1,35 при неравномерности связи менее 0,5 дБ.

Формула изобретения

1. ПОЛОСКОВЫЙ ШЛЕЙФНЫЙ НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ, содержащий две линии передачи, соединенные центральным шлейфом четвертьволновой длины, по обе стороны которого на расстоянии в четверть длины волны от него включены боковые структуры, каждая из которых выполнена в виде навесного индуктивного элемента, концы которого соединены с линиями передачи посредством отрезков линии передачи, отличающийся тем, что навесные индуктивные элементы выполнены в виде катушек, а отрезки линии передачи расположены по разные стороны линий передачи.

2. Ответвитель по п.1, отличающийся тем, что центральный шлейф изогнут в форме меандра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5