МИКРОПОЛОСКОВЫЙ НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ

Полезная модель относится к области радиотехники СВЧ и может использоваться в передающих системах для контроля уровня проходящей мощности в широком диапазоне частот.
Известен микрополосковый ответвитель (Пат. РФ №2101808 МПК Н01Р 5/18, опубл. 10.01.1998 г.), содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой стороне - две связанные линии передач, параллельные друг другу. Замкнутый кольцевой проводник сформирован вокруг линии передачи и электромагнитно связан с ними. Известный ответвитель имеет постоянное переходное ослабление в полосе частот не более октавы.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является, выбранный в качестве прототипа, ответвитель на связанных линиях, выполненный на микрополосковой линии передачи (Справочник по элементам полосковой технике. Под редакцией А.Л. Фельдштейна, М., Связь 1979 г. стр. 91). Микрополосковый направленный ответвитель на связанных линиях содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой стороне - первый проводник, концы которого являются входом и первым выходом ответвителя, и второй проводник, часть которого расположена параллельно части первого проводника вблизи его так, что проводники имеют электромагнитную связь. К одному концу второго проводника, диагонально противоположному входу, подключена нагрузка в виде резистора, второй вывод которого соединен с металлическим основанием. К другому концу второго проводника подключен второй выход ответвленной мощности. Длина участков первого и второго проводников, расположенных параллельно, равна четверти длины волны на средней частоте рабочего диапазона частот.
Недостатком известного ответвителя является большая неравномерность переходного ослабления в диапазоне частот более октавы, а также большие габариты. Кроме того, из-за разности фазовых скоростей нечетной и четной волн, ответвитель имеет малую направленность, особенно для больших уровней переходного ослабления. Для расширения диапазона частот с малой неравномерностью переходного ослабления, ответвителям необходимо дополнительно вводить несколько четвертьволновых отрезков связанных линий, что приводит к значительному увеличению габаритов.
Задачей полезной модели является расширение диапазона частот с малой неравномерностью переходного ослабления, при уменьшении габаритов ответвителя.
Решение указанной технической задачи достигается тем, что в микрополосковом направленном ответвителе содержащем диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой стороне размещены первый проводник, концы которого являются входом и первым выходом ответвителя, и второй проводник, часть которого расположена параллельно части первого проводника так, что проводники имеют электромагнитную связь, при этом к одному концу второго проводника, диагонально противоположному входу, подключен первый резистор, второй вывод которого соединен с металлическим основанием, к другому концу второго проводника подключен второй выход, согласно изобретению, длина участков первого и второго проводников, расположенных параллельно, меньше четверти длины волны на верхней частоте рабочего диапазона частот, во втором проводнике между упомянутым участком и вторым выходом, выполнен разрыв, в котором параллельно включены второй резистор и катушка индуктивности, и непосредственно до и после разрыва, к кромке этого проводника, подключены одними выводами третий и четвертый резисторы, другие выводы которых через первый и второй конденсаторы соединены с металлическим основанием.
Введение в ответвленный выход ответвителя сосредоточенных элементов (трех резисторов, двух конденсаторов и катушки индуктивности), образующих согласованный амплитудный корректор, ослабление которого увеличивается с ростом частоты, позволяет использовать ответвитель с малой длиной области электромагнитной связи проводников, переходное ослабление которого уменьшается с ростом частоты. При этом суммарное переходное ослабление имеет малую неравномерность в широком диапазоне частот.
Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого устройства из литературы неизвестны, поэтому оно соответствует критериям новизны.
На фиг. 1 приведена топология платы предлагаемого микрополоскового направленного ответвителя; на фиг. 2 - схема ответвителя; на фиг. 3 - расчетные амплитудно-частотные характеристики АЧХ опытного образца.
0
Предлагаемый микрополосковый направленный ответвитель содержит диэлектрическую подложку 1, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой стороне расположены первый проводник 2, концы которого являются входом ВХ и первым выходом ВЫХ1 ответвителя, и второй проводник 3. Части проводников 2, 3 на длине l расположены параллельно друг другу с зазором S так, что проводники связаны электромагнитной связью. К одному концу второго проводника 3, диагонально противоположному входу, подключен первый резистор 4, второй вывод которого соединен с металлическим основанием платы 1.
К другому концу второго проводника 3 подключен второй выход ВЫХ2. Во втором проводнике 3, между выходом ВЫХ2 и его участком с электромагнитной связью, выполнен разрыв, в котором параллельно включены второй резистор 5 и катушка индуктивности 6. Непосредственно до и после разрыва, к кромке проводника 3, подключены одними выводами резисторы 7 и 8, другие выводы которых соединены с конденсаторами 9, 10, соответственно. Другие выводы конденсаторов 9,10 соединены с металлическим основанием платы 1. Резистор 4, конденсаторы 9, 10 с металлическим основанием могут быть соединены через металлизированные отверстия 11 в плате. В проводнике 3, на краях области электромагнитной связи, выполнены выступы 12, обеспечивающие дополнительные емкости между связанными линиями для выравнивания фазовых скоростей нечетной и четной волн.
0
0
Длина области связи проводников 2 и 3 - l выбирается меньше четверти длины волны на верхней частоте рабочего диапазона частот. Зазор S между проводниками 2, 3 выбирается из условия получения требуемого переходного ослабления между входом ВХ и выходом ВЫХ2 на нижней частоте рабочего диапазона частот. При этом, чем меньше зазор S, тем меньше длина области связи l.
Сопротивление резистора 4, выполняющего роль согласованной нагрузки, выбирается равным сопротивлению входа и выходов.
Сопротивление резисторов 5, 7, 8 выбираются как сопротивления П-образного согласованного резистивного аттенюатора, обеспечивающего ослабление примерно равное перепаду переходного ослабления ответвителя с укороченной областью связи на крайних частотах рабочего диапазона частот. Емкость конденсаторов 9, 10 и индуктивность катушки 6 выбирается из условия согласования со стороны выхода ВЫХ2 и получения минимальной частотной неравномерности переходного ослабления. Выбор производится на основе анализа схемы, представленной на фиг. 2.
Предлагаемый микрополосковый направленный ответвитель работает следующим образом.
СВЧ мощность, поступающая на вход ВХ, проходит по проводнику 2 на выход ВЫХ1, при этом часть мощности, из-за электромагнитной связи проводников 2 и 3, ответвляется в проводник 3, на конце области связи, ближнем к входу. Так как длина области связи меньше четверти длины волны, переходное ослабление уменьшается с ростом частоты и достигает минимального значения на частоте, где длина области связи равно четверти длины волны, т.е. выше рабочего диапазона частот. Далее ответвленный СВЧ сигнал проходит на выход ВЫХ2 через П-образный согласованный амплитудный корректор, выполненный на сосредоточенных элементах (резисторах 5, 7, 8, двух конденсаторах 9, 10 и катушке индуктивности 6), ослабление которого увеличивается с ростом частоты. Корректор на низких частотах не вносит ослабления, так как последовательно включенный резистор 5 шунтируется катушкой индуктивности 6, а параллельно включенные резисторы 7, 8 изолированы от корпуса конденсаторами 9, 10. На высоких частотах, где сопротивление катушки и проводимость конденсаторов становится много меньшим сопротивлениям резисторов, корректор представляет собой П-звено резистивного аттенюатора, ослабление которого определяется сопротивлениями резисторов 5, 7, 8.
В результате переходное ослабление с входа ВХ на выход ВЫХ2 практически не зависит от частоты. В диапазоне частот с перекрытием до 40, ответвитель обеспечивает переходное ослабление 38 дБ с неравномерностью 1 дБ, что показано на фиг. 2.
Ответвитель имеет высокую направленность, так как, при укороченной области связи, разность фаз четной и нечетной волн мала. Кроме того, ответвитель имеет компенсирующие краевые емкости.
На предприятии изготовлены опытные образцы устройств, в которые входит предлагаемый ответвитель. Ответвитель выполнен на плате из материала поликор толщиной 1 мм. Резисторы выполнены методом напыления. Катушка индуктивности и конденсаторы в виде элементом типоразмера 0603. В диапазоне частот с перекрытием равным 15, ответвитель обеспечивал переходное ослабление 38 дБ, при неравномерности 1.2 дБ. Габариты (длина) 5 мм. Прототип бы имел при длине 30 мм неравномерность ослабления 13 дБ, что не позволяет использовать его с целью контроля мощности. Таким образом, предлагаемый ответвитель, в отличие от прототипа, позволяет использовать его для контроля мощности в диапазоне частот с перекрытием более 10. При этом габариты его намного меньше.