Полосковый ответвитель

 

Использование: техника СВЧ. Сущность изобретения: полосковый ответвитель содержит две линии передачи, связанные между собой структурами, расположенными на расстоянии четверти длины волны одна от другой. Каждая структура выполнена в виде двух изогнутых полосков, связанных боковой электромагнитной связью. Начало первого полоска и конец второго полоска соединены с линиями передачи. Конец первого полоска и начало второго полоска соединены между собой. Структуры расположены вне пространства между линиями передачи, а непланарные соединения осуществлены перемычками. Между линиями передачи может быть введена боковая электромагнитная связь. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к технике СВЧ, и может быть использовано в высокочастотных балансных преобразователях или усилителях частоты и других СВЧ-системах, где требуется деление мощности сигнала с развязкой выходных плеч.

Известен полосковый квадратный мост, имеющий две линии передачи, соединенные на расстоянии 1/4 длины волны двумя четвертьволновыми шлейфами.

Известен полосковый шлейфный направленный ответвитель, содержащий две линии передачи, соединенные на расстоянии 1/4 длины волны тремя шлейфами длиной 1/4 длины волны, причем участки шлейфов выполнены в виде элементов Шиффмана, т. е. волны по электромагнитно связанным участкам идут в противоположных направлениях.

Известен полосковый ответвитель, содержащий две линии передачи, связанные между собой структурами, расположенными на расстоянии четверти длины волны одна от другой, причем структуры выполнены в виде прямолинейных четвертьволновых шлейфов и расположены в пространстве между линиями передачи. Количество шлейфов в наиболее распространенном случае равно трем.

Недостатками указанного устройства являются, во-первых, трудность либо невозможность реализовать в полосковом исполнении высокоимпедансные боковые шлейфы (в известных работах предельный импеданс шлейфов в полосковом исполнении оценен 100.160 Ом при толщине подложки от 0,2 до 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью 9,8 в области частот до 8 ГГц), тогда как уже для 3-децибельных полосковых 3-шлейфных направленных ответвителей с 50-омными или 75-омными линиями передачи импеданс бокового шлейфа должен быть соответственно 121 Ом или 181 Ом, а ширина полоска бокового шлейфа (для подложек толщиной 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью 9,6) соответственно 0,06 мм или 0,006 мм, что технологически очень трудно реализовать и что, кроме того, дает много брака при изготовлении, а ответвители с числом шлейфов более трех еще более труднореализуемы; во-вторых, ограничение количества шлейфов ограничивает и ширину рабочей полосы частот (она пропорциональна количеству шлейфов); в-третьих, не используется полезно заключенная между шлейфами и двумя линиями передачи площадь подложки в виде двух квадратов со стороной в четверть длины волны; в-четвертых, велика занимаемая устройством площадь подложки (в частности из-за значительной не используемой полезно площади подложки); в-пятых, планарные центральные шлейфы, окруженные со всех сторон на плоскости элементами конструкции, препятствуют самим своим присутствием не только экономии площади подложки путем сближения линий передачи, но и делают невозможным электромагнитную связь между ними.

Целью изобретения является, во-первых, облегчение реализации устройства в полосковом исполнении; во-вторых, увеличение относительной ширины рабочей полосы частот; в-третьих, уменьшение не используемой полезно площади подложки; в-четвертых, уменьшение занимаемой устройством площади подложки.

Это достигается за счет того, что в полосковом ответвителе, содержащем две линии передачи, связанные между собой структурами, расположенными на расстоянии четверти длины волны одна от другой, каждая структура выполнена в виде двух изогнутых полосков, связанных боковой электромагнитной связью, при этом начало первого полоска и конец второго полоска соединены с линиями передачи соответственно, а конец первого полоска и начало второго полоска соединены между собой, причем структуры расположены вне пространства между линиями передачи, а непланарные соединения осуществлены перемычками, причем между линиями передачи может быть введена боковая электромагнитная связь.

На фиг. 1 и 2 изображены варианты топологии предложенного полоскового ответвителя.

Полосковый 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), связанные между собой структурами (например, одна центральная и две боковые структуры), расположенными на расстоянии четверти длины волны одна от другой, причем каждая структура выполнена в виде двух изогнутых полосков, связанных боковой электромагнитной связью (например, электромагнитная связь 10 дБ для микрополосков боковых структур с 105-омным четным импедансом и электромагнитная связь 15 дБ для микрополосков центральной структуры с 61-омным четным импедансом), при этом конец первого полоска и начало второго полоска (обозначены 6) соединены между собой, а начало первого полоска и конец второго полоска (обозначены 7) соединены с линиями передачи соответственно, причем структуры расположены вне пространства между линиями передачи, а непланарные соединения осуществлены перемычками 8 (например, навесными перемычками из металлической фольги). Топология устройства реализована, например, на подложке толщиной 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью 9,6 с нанесенным на обратную сторону подложки СВЧ-экраном.

Полосковый ответвитель (см. фиг. 2) содержит все те же элементы, но отличается тем, что между линиями передачи 1 введена боковая электромагнитная связь (например, сонаправленная связь 14 дБ).

Поступающая в плечо 2 мощность высокочастотного сигнала по линии передачи частично поступает в плечо 3, частично по структурам, соединяющим линии передачи, ответвляется в плечо 5. Соотношение мощностей, поступающих в плечи 3 и 5, например, 1:1 для устройства на фиг. 1 и, например, 0,25 0,75 для устройства на фиг. 2. Из-за расстояния в четверть длины волны между структурами плечо 4 оказывается электрически развязанным в рабочем диапазоне частот. Ввиду симметрии устройства аналогичная картина происходит и при подаче мощности в любое другое плечо.

Из-за распространения по связанным полоскам структур электромагнитных волн с малым фазовым сдвигом (меньшим 45 градусов, причем волны в связанных полосках идут в одном направлении), размеры ширин полосков и зазоров между ними у предложенного устройства соизмеримы с размерами ширин и зазоров для связанных линий с четным типом возбуждения волн, т.е. ширина полосков в структурах больше, чем ширина полосков в боковых шлейфах прототипа. В результате структуры имеют ширину полосков и зазоров, достаточную для беспрепятственной реализации в микрополосковом исполнении (например, для варианты на фиг. 1 ширина полосков для наиболее критичных боковых структур равна 0,28 мм, а ширина зазора между полосками 0,32 мм).

По сравнению с прототипом в указанном устройстве увеличена относительная ширина рабочей полосы частот. Во-первых, возможность реализации более чем трехструктурных ответвителей увеличивает и ширину полосы, пропорциональную количеству структур. Во-вторых, трехструктурный вариант устройства имеет даже по отношению к трехшлейфному варианту ширину полосы на 4% большую (т.е. относительную рабочую полосу частот 47% при КСВН<1,5 (у трехшлейфного 43%).

Благодаря наличию перемычек структуры могут располагаться на топологии вне пространства между двумя линиями передачи (см. фиг. 1 и фиг. 2), что позволяет сблизить линии передачи вплоть до введения боковой электромагнитной связи (см. фиг. 2), в результате чего исчезает не используемая полезно площадь подложки, заключенная между двумя линиями передачи.

Из-за уменьшения не используемой полезно площади подложки, из-за уменьшения поперечных размеров топологии ввиду сближения линий передачи, из-за того, что связанные полосковые линии занимают меньшую площадь (величина зазоров между связанными полосковыми линиями меньше, чем между несвязанными), в итоге в 4.4,5 раза уменьшается (по сравнению с прототипом) занимаемая предложенным устройством площадь подложки.

Также достоинством предложенного устройства является возможность введения боковой электромагнитной связи между линиями передачи, что позволяет не только максимально сблизить линии с целью экономии занимаемой площади подложки, но и влиять на перераспределение мощностей между выходными плечами. Для устройства, изображенного на фиг. 2, из-за этого можно перекачать из одной линии передачи в другую более половины мощности (т.е. связь сильнее 3 дБ), что очень трудно достичь не только в шлейфных, но и в обычных направленных ответвителях, и что иллюстрирует потенциальные возможности конструкции.

Кроме того, у предложенного устройства структуры, имеющие ту же общую длину, что и шлейф, имеют более компактную конфигурацию по сравнению с шлейфами. Поэтому и топология предложенного устройства имеет в итоге более компактную конфигурацию (см. фиг. 1 и 2). Ортогональный характер топологии (т. е. она составлена преимущественно из вертикальных и горизонтальных отрезков) согласуется с требованиями по машинному вводу топологий.

Дополнительным достоинством предложенного устройства является неограниченность количества структур, тогда как в полосковом шлейфном направленном ответвителе количество шлейфов ограничено технологически, так как величина волновых сопротивлений боковых шлейфов растет с ростом числа шлейфов, и уже для трех шлейфов их технологическая реализация затруднена (микрополоски шлейфов очень узкие).

Формула изобретения

1. ПОЛОСКОВЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ, содержащий две линии передачи, связанные между собой структурами, расположенными на расстоянии четверти длины волны одна от другой, отличающийся тем, что каждая структура выполнена в виде двух изогнутых полосков, связанных боковой электромагнитной связью, при этом начало первого полоска и конец второго полоска соединены с линиями передачи соответственно, а конец первого полоска и начало второго полоска соединены между собой, причем структуры расположены вне пространства между линиями передачи, а непланарные соединения осуществлены перемычками.

2. Ответвитель по п. 1, отличающийся тем, что между линиями передачи введена боковая электромагнитная связь.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2