Микрополосковый короткозамыкатель

 

Изобретение относится к области техники СВЧ. Техническая задача изобретения состоит в улучшении СВЧ замыкания в середине рабочей полосы частот (путем устранения паразитных полуволновых резонансов); в увеличении относительной рабочей полосы частот устройства; в улучшении технологичности устройства. Микрополосковый короткозамыкатель содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположено заземляющее основание, а на другой стороне - полосковый проводник с подключенными к нему разомкнутыми секторными шлейфами, причем шлейфы выполнены так, что имеют неодинаковые резонансные частоты, в месте подключения шлейфов к полосковому проводнику в нем выполнена продольная щель, причем длина щели превышает длину участка подключения шлейфов к проводнику. Щель может быть выполнена изогнутой или плавно сужающейся к концам. Изобретение может быть использовано в радиолокации, радиосвязи и системах спутникового телевидения, преимущественно в качестве короткозамыкателей для оконечных нагрузок, элементов СВЧ фильтров и аттенюаторов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к технике сверхвысоких частот (СВЧ), может быть использовано в радиосвязи, системах спутникового телевидения, преимущественно как кроткозамыкатель в оконечных нагрузках, элемент фильтров, аттенюаторов.

Известен микрополосковый короткозамыкатель, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположено заземляющее основание, а на другой микрополосковый четвертьволновый разомкнутый шлейф, один конец которого служит входным плечом. Короткозамыкатель подключен своим входным плечом к входной микрополосковой линии или непосредственно (короткозамыкающая нагрузка), или через резистивный элемент (согласованная нагрузка) [1] Известен микрополосковый короткозамыкатель, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположено заземляющее основание, а на другой микрополосковые четвертьволновые разомкнутые шлейфы с одинаковой резонансной частотой, гальванически соединенные между собой, причем место соединения является входным плечом, которое подключается к входной микроскопической линии или непосредственно (короткозамыкающая нагрузка), или через резистивный элемент (согласованная нагрузка) [2] Известен микрополосковый короткозамыкатель, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположено заземляющее основание, а на другой стороне секторные микрополосковые разомкнутые шлейфы с одинаковой резонансной частотой, гальванически соединенные между собой, причем место соединения является входными плечами. Короткозамыкатель подключается к микропроцессорной линии или обоими плечами (элемент фильтра), или одним плечом через резистивный элемент (согласованная нагрузка) [3] прототип.

Недостатками указанного устройства являются: во-первых, возникновение паразитного полуволнового резонанса, что ухудшает СВЧ замыкание ( экспериментальные результаты для 2,25 ГЦ на графике рис. 7,15. [3]) на средней рабочей частоте; (отраженная от конца одного шлейфа СВЧ мощность переотражается в другой шлейф, что приводит к нежелательному полуволновому резонансу между концами двух шлейфов; входящее в состав полуволнового резонатора шлейфы перестают выполнять функции короткозамыкателя, что ухудшает СВЧ замыкание на средней рабочей частоте (в частотной точке паразитного резонанса)); во-вторых, из-за паразитного полуволнового резонанса сужается вдвое относительная рабочая полоса частот, т.к. для работы вынуждены брать полосу частот выше или ниже средней частотной точки, совпадающей с частотной точкой паразитного резонанса; в третьих, жесткие технологические допуски к размерам шлейфов (шлейфы должны быть максимально идентичны, поскольку с увеличением резонансных частот шлейфов увеличивается ширина полосы паразитного резонанса; кроме того, резонансная частота секторных шлейфов примерно в 2 раза чувствительнее к допускам геометрических размеров по сравнению с микрополосковыми шлейфами).

Решаемой технической задачей изобретения является, во-первых, улучшение СВЧ замыкания в середине рабочей полосы частот (путем устранения паразитных полуволн резонансов); во-вторых, увеличение относительной рабочей полосы частот устройства; в-третьих, улучшение технологичности устройства.

Решаемая техническая задача достигнута за счет того, что в известном микрополосковом короткозамыкателе, содержащем диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположено заземляющее основание, а на другой стороне полосковый проводник с подключенными к нему разомкнутыми секторными шлейфами, шлейфы выполнены так, что имеют неодинаковые резонансные частоты, в месте подключения шлейфов к полосковому проводнику в нем выполнена продольная щель, причем щели превышают длину участка подключения шлейфов к проводнику; причем щель может бить изогнутой или плавно сужающейся к концам.

На фиг. 1 и 2 изображены варианты конструкции предложенного устройства; на фиг. 3 5 возможные варианты топологии предложенного устройства.

Микрополосковый короткозамыкатель (фиг. 1) содержит диэлектрическую подложку (например, из поликора толщиной 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью 9,6), на одной стороне которой расположено заземляющее основание (не показано), а на другой стороне полосковый проводник с подключенными к нему разомкнутыми секторными шлейфами 1 (например, с 90-градусными углами раскрыва), причем шлейфы выполнены так, что имеют неодинаковые резонансные частоты (например 1,3 ГЦ и 1,4 ГГц), в месте подключения шлейфов к полосковому проводнику в нем выполнена продольная щель шлейфов к полосковому проводнику в нем выполнена продольная щель 2 (например, длиной в 1/20 длины волны), причем длина щели превышает длину участка подключения шлейфов к проводнику. Концы полоскового проводника 3 являются входными плечами устройства.

В другом варианте конструкции микрополоскового короткозамыкателя (фиг. 2) предложенное устройство является 2-полюсником, т.к. только одно из плеч 3 использовано для подключения внешних устройств, а второе плечо ненагружено, при этом секторные шлейфы 1 имеют большой угол раскрыва (например, 135^o).

Поступившая в нагруженное входное плечо 3 предложенного устройства (фиг. 1 и 2) мощность СВЧ сигнала (например, со средней рабочей частотой 1,35 ГЦ) разделилась щелью 02 и прошла до места подключения секторных шлейфов 1. Так как шлейфы 1 в рабочей полосе частот обеспечили короткое замыкание, то мощность СВЧ сигнала отразилась от места подключения шлейфов и поступила, сложившись, обратно во входное плечо. Возникновению паразитных полуволновых резонансов препятствовало разнесение мест подключения шлейфов на величину электрической длины полупериметра щели, что увеличило электрическую длину паразитного полуволнового резонатора и устранило частоты паразитных резонансов из рабочей полосы частот. Неравенство резонансных часто шлейфов использовано для увеличения рабочей полосы частот устройства на величину разницы резонансных частот. В силу симметрии устройства (фиг.1) аналогичная картина произошла и при подаче СВЧ сигнала во второе входное плечо.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве улучшено СВЧ замыкание в середине рабочей полосы частот (путем устранения паразитных полуволновых резонансов). Так как длина паразитного полуволнового резонатора предложенного устройства увеличена на величину полупериметра щели, что частоты паразитных резонансов сместились по сравнению с прототипом и не попали в рабочую полосу частот. Отдаление частотных точек паразитных резонансов от середины рабочей полосы частот пропорционально длине щели.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве увеличена (более, чем в 2 раза) относительная рабочая полоса частот.

Во-первых, в предложенном устройстве для работы использована симметричная относительно средней резонансной частоты шлейфов полоса частот (включая средние резонансные частоты), а в прототипе же использована вдвое меньшая полоса частот (выше или ниже не используемой средней частотной точки, совпадающей с частотой паразитного резонанса).

Во-вторых, разность резонансных частот шлейфов позволили увеличить рабочую полосу на величину этой разности (например, на 100 МГц), тогда как в прототипе с увеличением разности резонансных частот шлейфов увеличилась и ширина полосы паразитного резонанса.

По сравнению с прототипом у предложенного устройства улучшена технологичность. В прототипе шлейфы обязаны быть идентичными, что технологически достаточно сложно осуществить. Неидентичность приводит к нарушению работоспособности прототипа. Так, уже при 7% расхождения резонансных частот шлейфов устройство практически полностью теряет работоспособность (вместо короткого замыкания на средней частоте получается холостой ход вследствие возникновения в прототипе паразитного резонанса). В предложенном же устройстве исполнение шлейфов с разной резонансной частотой (например, 7% разницы, т.е. 100 МГц) не приводит к возникновению паразитного резонанса в рабочей полосе частот, что позволило снизить допуск на геометрические размеры шлейфов и, следовательно, улучшить технологичность. Возможные варианты топологии предложенного устройства (фиг. 3 5) показывают варианты выполнения щели. Например, щель может быть выполнена изогнутой (фиг. 3 и 4) или плавно сужающейся к концам (фиг. 5)).

Изогнутость щели позволила сделать устройство более компактным и уменьшить недоступную для использования площадь подложки (становится недоступной для использования площадь подложки между одним из шлейфов и отогнутыми от него, благодаря изогнутости щели, концами полоскового проводника (фиг. 3)). Кроме того, изогнутость щели позволила дополнительно улучшить СВЧ замыкание в середине рабочей полосы частот и увеличить относительную рабочую полосу частот устройства, так как величина удаления паразитного резонанса от середины рабочей полосы частот пропорциональна длине полупериметра щели (фиг. 4).

Плавное сужение щели к концам (фиг. 5) позволило улучшить согласование на входе устройства ввиду отсутствия резких скачков ширины микрополосковой линии.

Кроме того, достоинством предложенного устройства является нежесткость технологических требований к выполнению щели (по конфигурации, по ширине, по симметричности относительно шлейфов), что улучшило технологичность устройства.

К дополнительным достоинствам предложенного устройства относится возможность его использования как в качестве 4-полюсника (фиг. 1), например, как элемент СВЧ фильтра, так и в качестве 2-полюсника (фиг. 2), например, как элемент СВЧ нагрузки. Причем в последнем случаев из-за увеличения угла раскрыва секторных шлейфов (например, до 135^o) возросла широкополосность устройства. Также, к достоинствам предложенного устройства относится совпадение ширины структуры полоскового проводника со щелью с шириной входной микрополосковой линии, что улучшило согласование на входе.

Литература 1. Авт.св. N 1443061 СССР H 01 P 1/26, Б.И. N 45, 1988.

2. Малорацкий Л. Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. -М. Сов.радио, 1976, стр. 67, рис. 1.40б.

3. Бахарев С.И. Сергеев А.А. Смирнов В.П. Элементы и узлы объемных интегральных схем. -М. ГОНТИ, 1990, стр. 510, рис. 7.15.

Формула изобретения

1. Микрополосковый короткозамыкатель, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположено заземляющее основание, а на другой стороне полосковый проводник с подключенными к нему разомкнутыми секторными шлейфами, отличающийся тем, что шлейфы выполнены так, что имеют неодинаковые резонансные частоты, в месте подключения шлейфов к полосковому проводнику в нем выполнена продольная щель, причем длина щели превышает длину участка подключения шлейфов к проводнику.

2. Короткозамыкатель по п.1, отличающийся тем, что щель выполнена изогнутой или плавно сужающейся к концам.

РИСУНКИ

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