ПОЛОСКОВЫЙ ПРОТИВОНАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ
CONTRADIRECTIONAL STRIP COUPLER

Изобретение относится к устройствам сверхвысокочастотной (СВЧ) техники и может найти применение в области радиолокации, радионавигации, связи, антенно-фидерных системах и радиоизмерительной технике для направленного ответвления части мощности из СВЧ-тракта.
Основными характеристиками полоскового противонаправленного ответвителя, содержащего один вход и три выхода, первый из которых является выходом основного канала, второй - выходом ответвляющего канала (канала, ответвляющего часть мощности из основного канала) и третий - выходом, нагружаемым на согласованную нагрузку, являются диапазон рабочих частот, коэффициент связи, выраженный в децибелах (отношение мощностей, поступающих на вход ответвителя и его второй выход при подключении согласованной нагрузки к первому выходу), развязка, выраженная в децибелах, между первым и вторым выходами при подключении согласованной нагрузки ко входу ответвителя, ослабление основного канала, выраженное в децибелах, и коэффициенты стоячих волн со стороны входа и выходов ответвителя. Производной характеристикой устройства является коэффициент направленности (разность коэффициента связи и названной развязки, выраженная в децибелах).
Известен полосковый противонаправленный ответвитель (Патент US №6437661, МПК Н01Р 5/18, опубл. 20.08.2002 г.), содержащий прямоугольный металлический корпус, выполненный из двух частей, в котором образована прямоугольная полость и четыре сквозных прямоугольных отверстия, три одинаковые по форме диэлектрические пластины, размещенные друг на друге. С обеих сторон средней диэлектрической пластины нанесены Z-образные полосковые проводники, концевые части которых расположены под углом 90° к их средним частям, расположенным вдоль продольной осевой линии средней пластины и совместно с нижней и верхней металлическими поверхностями внутренней полости корпуса, образующими отрезок двухпроводной линии передачи (полосковые проводники связаны между собой лицевой однородной электромагнитной связью).
Недостатком данного технического решения, так же как и других односекционных полосковых противонаправленных ответвителей с однородной электромагнитной связью, являются относительно небольшой коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот и относительно большие значения коэффициентов стоячих волн со стороны входа и выходов устройства.
Наиболее близким техническим решением, выбранным нами за прототип, является полосковый противонаправленный ответвитель (Патент US №4139827, МПК Н01P 5/18, опубл. 13.02.1979 г.), содержащий прямоугольный металлический корпус с прямоугольной полостью, образованной основанием и крышкой, в котором выполнены четыре сквозных отверстия, три коаксиальных разъема, которые закреплены над первым, вторым и третьим отверстиями корпуса соответственно, и резистивную нагрузку. В прямоугольной полости расположены одна на другой три одинаковые по форме диэлектрические пластины. На обеих поверхностях второй диэлектрической пластины расположены связанные между собой неоднородной электромагнитной связью первый и второй полосковые проводники и два одинаковых пленочных проводящих элемента, выполненных в виде пятиугольника. Два металлических цилиндра осуществляют гальванический контакт между пленочными проводящими элементами и корпусом и расположены в выполненных для них в первой и третьей диэлектрических пластинах цилиндрических отверстиях.
Недостатком известного технического решения являются недостаточный для ряда применений устройства диапазон рабочих частот.
Основной технической задачей предложенного решения является расширение диапазона рабочих частот.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в полосковом противонаправленном ответвителе, содержащем прямоугольный металлический корпус с прямоугольной полостью, образованной основанием и крышкой, в котором выполнены четыре сквозных отверстия, первое и второе отверстия расположены на одной оси и выполнены со стороны входной и выходной граней корпуса, третье и четвертое отверстия выполнены на одинаковом расстоянии от входной и выходной граней корпуса со стороны его левой боковой грани, три коаксиальных разъема, которые закреплены над первым, вторым и третьим отверстиями корпуса соответственно, и резистивную нагрузку, расположенную над четвертым отверстием, первый вывод которой соединен с корпусом, в прямоугольной полости корпуса расположены одна над другой три одинаковые по форме диэлектрические пластины, первая диэлектрическая пластина и третья диэлектрическая пластина прилегают к основанию и к крышке соответственно, на обеих поверхностях второй диэлектрической пластины расположены связанные между собой неоднородной электромагнитной связью первый и второй полосковые проводники, по одному с каждой стороны, имеющие прямолинейные участки и которые расположены симметрично расходящимися относительно продольной линии, проходящей в срединной плоскости второй диэлектрической пластины, от начала максимальной области связи, расположенной со стороны входной грани корпуса, до области минимальной связи, расположенной со стороны выходной грани корпуса, с дальнейшим уменьшением связи между конечными частями полосковых проводников, начало и конец первого полоскового проводника и начало второго полоскового проводника соединены с внутренними проводниками соответствующих коаксиальных разъемов, конец второго полоскового проводника соединен со вторым выводом резистивной нагрузки, сопротивление которой равно волновому сопротивлению трактов, к которым подключаются первый, второй и третий коаксиальные разъемы, два одинаковых пленочных проводящих элемента, выполненных в виде пятиугольника с двумя прямыми, двумя одинаковыми тупыми и одним острым углами, проекции которых на срединную плоскость второй диэлектрической пластины совпадают, и которые со стороны входной грани корпуса направлены острыми углами в сторону максимального сближения полосковых проводников, два металлических цилиндра, диаметр которых не превышает диаметра окружности, вписанной в названный пятиугольник, а высота каждого из которых равна толщине первой и третьей диэлектрической пластины соответственно, осуществляющие гальванический контакт между пленочными проводящими элементами и корпусом и расположенные в выполненных для них в первой и третьей диэлектрических пластинах цилиндрических отверстиях, согласно предложенному решению в основании корпуса выполнены четыре прямоугольные канавки, нижние поверхности которых являются продолжением днища основания, каждая из диэлектрических пластин содержит четыре выступа, ширина и высота которых равна ширине и длине соответствующего отверстия корпуса и которые своими концами доходят до входной, выходной и левой боковой граней корпуса, диэлектрические пластины выполнены из пластичного материала, на первую и третью диэлектрические пластины со стороны основания и крышки соответственно, нанесены слои пластичного металла, пленочные проводящие элементы выполнены из резистивного материала с удельным поверхностным сопротивлением 33-75 Ом/квадрат, в прорезях, образованных в тыльных частях внутренних проводников коаксиальных разъемов и во втором выводе резистивной нагрузки, закреплены первые концы пленочных металлических полосок, а вторые концы их плотно прижаты к началу первого, концу первого, началу второго и концу второго полосковых проводников первой и третьей диэлектрическими пластинами, начальная и конечная части второго полоскового проводника выполнены с плавными поворотами от концов прямолинейного участка к своим началу и концу, начальная и конечная части первого полоскового проводника выполнены в виде полуволн, в которых криволинейные участки, прилегающие к прямолинейному, расположены симметрично начальным участкам плавных поворотов второго полоскового проводника относительно упомянутой продольной линии, проходящей в срединной плоскости второй диэлектрической пластины.
Диэлектрические пластины могут быть выполнены из фторопласта.
Изобретение поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 представлен внешний вид предлагаемого полоскового противонаправленного ответвителя, на фиг.2 и на фиг.3 - его разрезы А-А и Б-Б в различных плоскостях сечения; на фиг.4 - внешний вид второй диэлектрической пластины; на фиг.5 - продольный разрез второго коаксиального разъема; на фиг.6-8 приведены графики зависимостей коэффициентов стоячих волн (КСВН) от частоты со стороны входа, со стороны первого выхода и со стороны второго выхода соответственно, полученные при работе устройства-прототипа и предлагаемого устройства; на фиг.9 - графики зависимостей ослабления от частоты основного канала (между входом и первым выходом), полученные при работе устройства-прототипа и предлагаемого устройства; на фиг.10 - графики зависимостей коэффициента связи от частоты между входом и вторым выходом, полученные при работе устройства-прототипа и предлагаемого устройства; на фиг.11 - графики зависимостей коэффициента связи от частоты между входом и вторым выходом, полученные при работе устройства-прототипа и предлагаемого устройства.
Графики зависимостей, приведенные на фиг.6-11, были получены путем компьютерного моделирования с использованием специализированных пакетов прикладных программ. Удельное поверхностное сопротивление пятиугольных пленочных проводящих элементов при этом составляло 50 Ом/квадрат, а диаметр металлических цилиндров составлял 0,7 от диаметра окружности, вписанной в пятиугольник.
Полосковый противонаправленный ответвитель содержит прямоугольный металлический корпус 1 с прямоугольной полостью, образованной основанием 2 и крышкой 3, первый, второй и третий коаксиальные разъемы 4, 5 и 6, которые закреплены над сквозными отверстиями, выполненными в корпусе со стороны входной, выходной и левой грани корпуса соответственно. Резистивная нагрузка 7 расположена над четвертым отверстием. В прямоугольной полости расположены одна на другой три одинаковые по форме диэлектрические пластины 8, 9 и 10. На первую диэлектрическую пластину 8 со стороны основания корпуса и на третью диэлектрическую пластину 10 со стороны крышки корпуса нанесен слой пластичного материала 11. На обеих поверхностях второй диэлектрической пластины 10 расположены связанные между собой неоднородной электромагнитной связью первый и второй полосковые проводники 12, 13, по одному с каждой стороны, начало и конец первого полоскового проводника 12 и начало второго полоскового проводника 13 соединены с внутренними проводниками соответствующих коаксиальных разъемов 4, 5 и 6, а конец второго полоскового проводника 13 соединен со вторым выводом резистивной нагрузки 7. Также с обеих сторон второй диэлектрической пластины 10 расположены два одинаковых пленочных проводящих элемента 14, выполненных в виде пятиугольника, а два металлических цилиндра 15 осуществляют гальванический контакт между пленочными проводящими элементами 14 и корпусом 1. В прорезях, образованных в тыльных частях внутренних проводников коаксиальных разъемов 4, 5 и 6 и во втором выводе резистивной нагрузки 7, закреплены первые концы пленочных металлических полосок 16, а вторые концы их плотно прижаты к началу и концу первого полоскового проводника 12, началу и концу второго полоскового проводника 13 первой и третьей диэлектрическими пластинами 8 и 9.
Расширение диапазона рабочих частот у предлагаемого полоскового противонаправленного ответвителя достигают, главным образом, за счет выполнения пленочных проводящих элементов 14 из резистивного материала. В результате это приводит к уменьшению паразитных связей на верхних рабочих частотах. Выполнение диэлектрических пластин 8, 9 и 10 из пластичного материала, в частности из фторопласта, и нанесение на первую и третью диэлектрические пластинки 8 и 9 слоев пластичного металла 11 гарантируют отсутствие узких воздушных зазоров-резонаторов между первой 8 и третьей 9 диэлектрическими пластинками и корпусом 1, а также между всеми диэлектрическими пластинами 8, 9 и 10 в широком диапазоне рабочих температур, что также способствует расширению диапазона рабочих частот предлагаемого устройства.
Из графиков частотных зависимостей, приведенных на фиг.6-11, следует, что устройство-прототип имеет удовлетворительные характеристики на частотах до 18-20 ГГц, а предлагаемый противонаправленный ответвитель - до 30 ГГц.