Волноводно-микрополосковый переход с запредельной нагрузкой
Владельцы патента RU 2486640:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") (RU)
Изобретение относится к области сверхвысокочастотной (СВЧ) радиотехники, а именно к устройствам переноса энергии на волноводных и микрополосковых линиях. Техническим результатом является увеличение рабочей полосы частот перехода при сохранении величины коэффициента передачи. Волноводно-микрополосковый переход с запредельной нагрузкой, в котором микрополосковая плата погружена во входной волноводный канал прямоугольного сечения перпендикулярно его продольной оси и на нее нанесен микрополосковый зонд, погруженный в широкую стенку волноводного канала, при этом энергия из волноводного канала выводится через выходную микрополосковую линию, соединенную с зондом, проходящую через отверстие в широкой стенке волноводного канала, кроме того волноводно-микрополосковый переход содержит диэлектрическую вставку ножевого типа, образующую переход с воздушного волноводного канала на волноводный канал с диэлектрическим заполнением меньшего сечения, при этом волновод с диэлектрическим заполнением нагружается на запредельную волноводную нагрузку. 2 ил.
Изобретение относится к области сверхвысокочастотной (СВЧ) радиотехники, а более конкретно к устройствам переноса энергии на волноводных и микрополосковых линиях, и может быть использовано в измерительной технике, приемных и передающих устройствах СВЧ, антенной технике.
Известен волноводно-микрополосковый переход (ВМП), в котором микрополосковая подложка с микрополосковой линией (МПЛ) погружена в запредельный волноводный тракт, соединенный с входным диэлектрическим волноводным каналом аналогичного сечения, по продольной оси волноводного тракта [Bharj Sarjit S. Evanscent mode waveguide to microstrip transition // Microwave Journal. - 1983, Февраль]. Эта конструкция имеет следующие недостатки: нерациональное положение микрополосковой линии в волноводном тракте затрудняет ее согласование, этот переход имеет узкую рабочую полосу частот (~15%), высокие собственные потери перехода (до 1 дБ на центральной частоте 10 ГГц).
Известна конструкция ВМП из прямоугольного волноводного канала на МПЛ [Б.Н.Буданов, А.Я.Ильин, Е.И.Черненко. Измерительные переходные устройства для СВЧ интегральных схем // Электронная техника. Сер 1. Электроника СВЧ. - 1975. - Вып.2. с.76-80], взятая за прототип. В данной конструкции для переноса энергии используется отрезок прямоугольного волновода, нагруженного на реактивную нагрузку (короткозамкнутый четвертьволновый шлейф). Связь волновода с МПЛ осуществляется при помощи зонда, представляющего собой продолжение микрополоскового проводника МПЛ, размещенного на диэлектрической подложке и погруженного через щель в широкой стенке. Эффективность переноса энергии определяется ориентированием зонда на микрополосковой плате относительно волноводных стенок, его размерами, а также длиной короткозамыкающей нагрузки. Для улучшения согласования длина короткозамыкающей нагрузки подбирается равной около четверти длины волны в волноводном тракте на частоте, где требуется наилучшее согласование. Эта конструкция обладает следующим недостатком: резонансный характер короткозамыкающей нагрузки сильно ограничивает ширину рабочей полосы частот устройства (около 25-30% на 40 ГГц).
Целью изобретения является увеличение рабочей полосы частот перехода при сохранении величины коэффициента передачи.
Для достижения указанной цели предлагается волноводно-микрополосковый переход с запредельной нагрузкой, в котором микрополосковая плата погружена во входной волноводный канал прямоугольного сечения перпендикулярно его продольной оси и на нее нанесен микрополосковый зонд, погруженный в широкую стенку волноводного канала, при этом энергия из волноводного канала выводится через выходную микрополосковую линию, соединенную с зондом, проходящую через отверстие в широкой стенке волноводного канала.
Согласно изобретению, он содержит диэлектрическую вставку ножевого типа, образующую переход с воздушного волноводного канала на волноводный канал с диэлектрическим заполнением меньшего сечения, при этом волновод с диэлектрическим заполнением нагружается на запредельную волноводную нагрузку.
Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого волноводно-микрополоскового перехода с запредельной нагрузкой из литературы не известны, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.
На фиг.1 изображена структурная схема устройства.
На фиг.2 показана топология верхнего слоя микрополосковой платы.
На фиг.1 изображены входной волноводный канал прямоугольного сечения (1), плавный переход с диэлектрической вставкой ножевого типа (2), микрополосковая плата (3), микрополосковый зонд (4), нанесенный на микрополосковую плату (3), выходная микрополосковая линия (5), соединенная с микрополосковым зондом (4), и запредельная волноводная нагрузка (ЗВН) (6).
На фиг.2 изображены микрополосковая плата (3), погруженная перпендикулярно волноводному каналу, с нанесенным на нее зондом (4) и микрополосковая линия (5), соединенная с зондом (4).
Принцип работы такого ВМП основан на явлении полного синфазного отражения на границе раздела в волноводном канале двух сред с различной диэлектрической проницаемостью при неизменности сечения волноводного канала. ТЕ-волна входит в устройство через входной волноводный канал прямоугольного сечения (1), преобразуется в ТЕ-волну для диэлектрического волноводного канала меньшего сечения на диэлектрической вставке ножевого типа (2), после чего попадает в микрополосковую плату (3), погруженную перпендикулярно волноводному каналу, где наводится на микрополосковый зонд (4) и преобразуется в квази ТЕ-волну, которая выводится через выходную микрополосковую линию (5), соединенную с микрополосковым зондом (4). Не преобразованные микрополосковым зондом (4) остатки ТЕ-волны проходят в ЗВН (6), где в областях пучности магнитного поля испытывают синфазное отражение в объеме ЗВН и снова наводятся на микрополосковый зонд (4). В области ЗВН в данном изобретении, согласно уравнениям Максвелла, для прямоугольного волновода все составляющая Нх становится мнимой, что рождает волну, противоположную по направлению, но идентичную по фазе. Таким образом, волна, попавшая в ЗВН, возвращается в идентичной фазе, во всей области частот, где ЗВН все еще является запредельной. Для выполнения условия отражения необходимо, чтобы волна отразилась именно в объеме волноводного канала, поэтому длина ЗВН должна быть не менее половины длины волны в тракте, что соответствует области пучности магнитного поля во всей рабочей полосе частот.
Расчетные потери перехода составляют не более 0,5 дБ в полосе частот 28-48 ГГц (~52%).
Таким образом изобретение позволяет увеличить рабочую полосу частот при сохранении коэффициента передачи по сравнению с прототипом.
Волноводно-микрополосковый переход с запредельной нагрузкой, в котором микрополосковая плата погружена во входной волноводный канал прямоугольного сечения перпендикулярно его продольной оси, и на нее нанесен микрополосковый зонд, погруженный в широкую стенку волноводного канала, при этом энергия из волноводного канала выводится через выходную микрополосковую линию, соединенную с зондом, проходящую через отверстие в широкой стенке волноводного канала, отличающийся тем, что содержит диэлектрическую вставку ножевого типа, образующую переход с воздушного волноводного канала на волноводный канал с диэлектрическим заполнением меньшего сечения, при этом волновод с диэлектрическим заполнением нагружается на запредельную волноводную нагрузку.
