МИКРОПОЛОСКОВЫЙ АМПЛИТУДНЫЙ КОРРЕКТОР
MICRO STRIP AMPLITUDE CORRECTOR

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться для выравнивания амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) трактов СВЧ.
Известен управляемый микрополосковый корректор наклона АЧХ (патент РФ №2238605, приоритет 27.05.2003), содержащий входную и выходную линии, а также четвертьволновый отрезок связанных линий, в диагональные плечи которого включены первый и второй короткозамкнутые четвертьволновые резонаторы, выполненные в виде микрополосковых шлейфов, первый и второй p-i-n диоды, первый и второй дроссели. При этом первый p-i-n диод включен между первым диагональным плечом четвертьволнового отрезка связанных линий и первым резонатором, второй p-i-n диод включен между вторым диагональным плечом четвертьволнового отрезка связанных линий и вторым резонатором, первый вывод первого дросселя подключен к аноду первого p-i-n диода, а второй является входом первого управляющего напряжения, первый вывод второго дросселя подключен к аноду второго p-i-n диода, а второй является входом второго управляющего напряжения.
Здесь p-i-n диоды выполняют роль резисторов, сопротивление которых управляется напряжением, однако в большинстве случаев, например для СВЧ трактов, состав которых не меняется, регулировка величины коррекции не требуется и диоды можно рассматривать как постоянные резисторы.
Недостатком известного корректора является ограничение по рабочему диапазону частот величинами частот, где четвертьволновый отрезок связанных линий является трехдецибельным ответвителем, т.е порядка октавы. Кроме того, корректор имеет сложную конструкцию и большие габариты, обусловленные использованием трехдецибельного ответвителя.
Известен амплитудный корректор (авторское свидетельство СССР №1592884, МКИ Н01Р, 1/203 от 15.09.90 г.), содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено металлизированное основание, а на другой расположен первый проводник, концы которого являются входом и выходом, и второй проводник, подключенный одним концом к первому проводнику через резистор и разомкнутый на другом конце, а в металлизированном основании выполнена полуволновая щель, короткозамкнутая на концах и размещенная вдоль оси второго проводника. Корректор имеет сложную конструкцию, обусловленную использованием щелевой линии. Требуется свободное пространство с обеих сторон платы, что увеличивает габариты устройства.
Более простую конструкцию имеет корректирующее устройство (заявка ФРГ №2734436, МКИ Н01Р, 1/203 от 31.05.79 г.), принятое в качестве прототипа. Корректор содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой стороне проводник, концы которого являются входом и выходом корректора, и второй проводник, один конец которого подключен к первому проводнику через резистор, а второй конец разомкнут.
Известный корректор на частотах, где длина второго проводника равна четверти длины волны, вносит максимальное ослабление, величина которого определяется величиной резистора, при этом с ростом вносимого ослабления растет величина КСВН. Из анализа схемы прототипа видно, что при вносимом ослаблении 3 дБ КСВН=2.0. Кроме того, прототип не позволяет получить большого по величине изменения ослабления в диапазоне частот.
Задачей настоящего изобретения является улучшение согласования в широком диапазоне частот и увеличение величины изменения ослабления в диапазоне частот при малых габаритах.
Для достижения поставленной задачи предлагается микрополосковый амплитудный корректор, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой стороне проводник, концы которого являются входом и выходом корректора, и второй проводник, один конец которого подключен к первому проводнику через первый резистор, а второй разомкнут. Согласно изобретению в него введен второй резистор, при этом концы первого проводника соединены через второй резистор, длины участков первого проводника между точками подключения первого и второго резисторов одинаковы и равны длине второго проводника, а волновое сопротивление микрополосковой линии, образованной первым проводником, между точками подключения второго резистора больше сопротивления входа и выхода.
Введение второго резистора и подключение его между входом и выходом первого проводника при длине отрезков первого проводника между точками подключения обоих резисторов, равной длине второго проводника, позволяет при малых габаритах обеспечить согласование во всем диапазоне частот и обеспечить любую глубину коррекции вплоть до полного поглощения на частоте коррекции.
Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого устройства из литературы неизвестны, поэтому оно соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.
На фиг. 1 приведена топология предлагаемого микрополоскового амплитудного корректора;
на фиг. 2 - его расчетная АЧХ при затухании на частоте коррекции 9,5 дБ;
на фиг. 3 - расчетная АЧХ при максимальном затухании на частоте коррекции.
Микрополосковый амплитудный корректор содержит диэлектрическую подложку 1, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой стороне первый проводник 2, к концам которого подключены вход и выход корректора, и второй проводник 3, один конец которого подключен к первому проводнику 2 через первый резистор 4, а второй конец разомкнут. Концы первого проводника 2 соединены через второй резистор 5. При этом длины участков первого проводника 2 между точками подключения резисторов 4,5 одинаковы и равны длине второго проводника 3. Ширина первого проводника 2, на участке между точками подключения второго резистора 5, меньше ширины проводника 2 на входе и выходе.
Микрополосковый амплитудный корректор работает следующим образом.
СВЧ сигнал поступает на вход и проходит на выход через проводник 2. На частотах, где электрическая длина проводника 3 и участков первого проводника 2 между точками подключения резисторов 4,5 равна n×90 градусов, где n - четное число, СВЧ сигнал проходит на выход без ослабления. Поглощение мощности в резисторах 4,5 отсутствует, так как второй конец резистора 4 разомкнут, а разность потенциалов на выводах резистора 5 равна нулю. На частотах, где электрическая длина второго проводника 3 и участков первого проводника 2 между точками подключения резисторов 4,5 равна m×90 градусов, где m - нечетное число, СВЧ сигнал проходит на выход, частично поглощаясь в резисторах 4,5. Это происходит потому, что второй конец резистора 4 короткозамкнут, а разность потенциалов на выводах резистора 5 максимальна. При этом, так как сигналы проходят с входа на выход двумя путями, через проводник 2 и через резистор 5 в противофазе, ослабление определяется разностью амплитуд и при равенстве амплитуд может быть очень большим.
Из анализа схемы корректора согласование на частоте максимального затухания обеспечивается при сопротивлении резисторов 4,5, удовлетворяющих формуле (1)
1
где: Z - нормированное волновое сопротивление проводника 2;
1
R - нормированное сопротивление резистора 5;
2
R - нормированное сопротивление резистора 4.
При этом величина затухания на частоте максимального затухания L определяется величиной сопротивления резисторов, 5 по формуле (2).
1
1
2
Например, для получения максимального ослабления при Z=1,414 сопротивления первого и второго резисторов должны быть равны R=2, R=1.
Ширины проводников 2,3 могут быть определены путем анализа схемы, как ширины, при которых обеспечивается согласование во всем диапазоне частот. Для примера на фиг. 2, 3 приведены расчетные АЧХ топологий для получения ослабления 9,5 дБ и максимально возможного ослабления. Видно, что согласование обеспечивается в неограниченном диапазоне частот.
Таким образом, предлагаемый микрополосковый амплитудный корректор при простой конструкции согласован во всем диапазоне частот при любом уровне затухания, в то время как прототип при затухании 3 дБ имеет КСВН=2,0
Технико-экономический эффект микрополоскового амплитудного корректора состоит в следующем.
Введение второго резистора и включение его между концами первого проводника при одновременном уменьшении ширины этого проводника, позволило получить согласование в широкой полосе частот при простой конструкции при разных величинах коррекции АЧХ.
На предприятии были изготовлены макеты описанного микрополоскового амплитудного корректора. При экспериментальной проверке были получены результаты, подтверждающие достижение поставленной цели.
В частности, при изменении частоты от fo/2 до 0 и fo в одном макете затухание менялось от 10,5 до 0,5 дБ при КСВН не более 1.2 в полосе частот от 0 до fo. Во втором макете затухание на частоте fo/2 равно 43 дБ и уменьшалось на частоте 0 до 0,2 дБ и на частоте fo до 1,2 дБ. КСВН не более 1,3 в диапазоне частот 0-fo. Размер платы (материал) поликора - 6,0×7,5 мм.
Указанный корректор с перепадом ослабления 10 дБ применяется для обеспечения требуемой входной мощности на входе усилителя высокой мощности. Корректор с максимальным затуханием использовался как согласованный поглощающий фильтр в умножителе частоты.