КВАДРАТУРНЫЙ НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ
QUADRATURE DIRECTIONAL COUPLER

Изобретение относится к области радиотехники, а более конкретно к СВЧ направленным ответвителям, и может быть использовано в широкополосных приемных, передающих и измерительных устройствах СВЧ.
Изобретение направлено на решение проблемы увеличения коэффициента связи до 3 дБ и более между прямым и ответвленным каналами квадратурного направленного ответвителя (КНО) с боковой связью, реализуемого на многослойной микрополосковой структуре, в конструкцию которого для усиления связи вводят полосок нулевого потенциала. Конструкция КНО устойчива к технологическим точностям и позволяет осуществлять подстройку коэффициента связи.
Известен КНО с боковой связью (Патент США №2007/0120620 A1), реализованный на многослойной структуре, в котором полоски нулевого потенциала размещены через диэлектрический слой над областью связи двух связанных линий.
Недостатками такого КНО являются:
- сложность конструкции;
- сильное влияние на коэффициент связи отклонения толщины диэлектрического слоя, разделяющего связанные линии и полосок нулевого потенциала от требуемого значения;
- сильное влияние на коэффициент связи ширины зазора между двумя связанными линиями.
Известен трехполосковый КНО (F.Masot, F.Medina. Analysis and Experimental Validation of a Type of Three-Microstrip Directional Coupler. IEEE Transactions on microwave theory and techniques, vol.42, No.9, September 1994, p.1624-1631) с боковой связью, реализованный на трехслойной структуре, в котором полосок нулевого потенциала размещен через диэлектрический слой под областью связи двух связанных линий.
Недостатками такого КНО являются сильное влияние на коэффициент связи отклонения толщины диэлектрического слоя, разделяющего связанные линии и полосок нулевого потенциала от требуемого значения, а также отсутствие возможности изменения параметров полоска нулевого потенциала для настройки КНО.
Известен также КНО (М.D.Prouty, S.Е.Schwarz. Hybrid Couplers in Bilevel Microstrip. IEEE Transactions on microwave theory and techniques, vol.41, No.11, November 1993, p.1939-1944) с боковой связью, реализованный на трехслойной структуре, принятый за прототип, в котором полосок нулевого потенциала размещен через диэлектрический слой над областью связи двух связанных линий.
Такой КНО является более устойчивым к технологическим точностям, но на коэффициент связи существенно оказывают влияние отклонения толщины диэлектрического слоя, разделяющего связанные линии и полосок нулевого потенциала от требуемого значения.
Целью изобретения является реализация КНО с полосками нулевого потенциала на многослойной структуре, конструкция которого обеспечивает более высокий коэффициент связи, устойчива к технологическим точностям и позволяет осуществлять настройку КНО.
Для достижения указанной цели предлагается квадратурный направленный ответвитель на четвертьволновых связанных линиях с боковой связью, содержащий полосок нулевого потенциала, который размещен через диэлектрический слой над областью связи связанных линий.
Согласно изобретению он выполнен на четырехслойной структуре и содержит второй полосок нулевого потенциала, который размещен через диэлектрический слой под областью связи связанных линий.
Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого КНО из литературы неизвестны, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.
На фиг.1 представлена структура слоев КНО, на фиг.2 - расчетные характеристики КНО.
1
2
1
3
2
3
КНО на фиг.1 содержит четвертьволновые связанные линии 1 и 2 с боковой связью, размещенные на внутреннем слое 3. Ширина полосков связанных линий w, s - ширина зазора между ними. Первый четвертьволновый полосок нулевого потенциала 4 шириной w расположен через диэлектрический слой h на верхнем слое 5 над областью связи связанных линий. Второй четвертьволновый полосок нулевого потенциала 6 шириной w расположен через диэлектрический слой h на внутреннем слое 7 под областью связи связанных линий. Обратная сторона структуры 8 - сплошная металлизация (заземляющая пластина). Толщина диэлектрического слоя между вторым полоском нулевого потенциала 6 и заземляющей пластиной 8 равна h.
11
12
13
14
S параметры для рассчитанной конструкции КНО представлены на фиг.2, где S - коэффициент отражения, S - переходное ослабление, S -, S - рабочее затухание.
L
Отличительной особенностью работы заявляемого КНО от известных КНО на связанных линиях с полосками нулевого потенциала является обеспечение более высокого коэффициента связи. Коэффициент связи между двумя связанными линиями k с боковой связью увеличивается на величину Δk, которая складывается из суммы двух дополнительных коэффициентов связи
1
2
Δk=k+k,
1
где k - коэффициент связи, который обусловлен введением первого полоска нулевого потенциала, расположенного на верхнем слое,
2
k - коэффициент связи, который обусловлен введением второго полоска нулевого потенциала, расположенного на внутреннем слое.
1
2
L
L
1
2
1
2
Для ранее известных конструкций КНО на связанных линиях с полосками нулевого потенциала Δk=k или Δk=k в зависимости от того над или под областью связи размещается полосок нулевого потенциала. Для заявляемого КНО, в результате, суммарный коэффициент связи k=k+Δk=k+k+k, больше на величину k или k, чем коэффициенты связи в известных конструкциях КНО.
Произведен теоретический расчет конструкции квадратурного направленного ответвителя для технологии низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (Low Temperature Co-fire Ceramic, LTCC), предназначенной для работы в L-диапазоне длин волн с перекрытием по частоте 2.26:1. Отклонение сдвига фаз от требуемого составило не более ±2°, коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) входов/выходов не более 1.18. Ослабление сигнала в каждом из каналов - не более 0.2 дБ, неидентичность коэффициента передачи - ±0.5 дБ.