МИКРОПОЛОСКОВАЯ НАГРУЗКА

Полезная модель относится к технике СВЧ и может быть использована как оконечная нагрузка в схемах на основе микрополосковых линий передачи.
Известна конструкция микрополосковой нагрузки, содержащая заземленную диэлектрическую подложку с микрополосковой линией и заземленным на конце пленочным резистивным элементом, ширина которого уменьшается в направлении от микрополосковой линии к заземляющему контакту (Патент Франции №2483110, МПК Н 01 С 7/20, Н 05 К 1/16, публ. 1981.).
Недостатком данной конструкции является малая допустимая мощность и ухудшение согласования из-за уменьшения ширины резистивного элемента в направлении распространения СВЧ волны. Наиболее близкой к заявляемой является конструкция микрополосковой нагрузки, содержащая заземленную диэлектрическую подложку с микрополосковой линией и резистивным элементом прямоугольной формы, являющегося продолжением микрополоска (ширина резистивного элемента равна ширине микрополосковой линии) (Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. - М.: Сов. радио, 1976, с.60-61, рис.1.37).
Недостатком известной конструкции является неравномерность удельной рассеиваемой мощности по длине резистивного элемента, что приводит к снижению допустимой мощности микрополосковой нагрузки.
Технический результат заключается в повышении допустимой мощности нагрузки.
к
Технический результат достигается тем, что в микрополосковой согласованной нагрузке, содержащей заземленную диэлектрическую подложку с микрополосковой линией и резистивным элементом прямоугольной формы с шириной, равной ширине микрополосковой линии, резистивный элемент содержит клинообразные щели, ориентированные в направлении распространения СВЧ волны, причем ширина b каждой щели в начале резистивного элемента равна 0, а на конце удовлетворяет следующему соотношению
где w - ширина микрополосковой линии и резистивного элемента;
А=R/2 Zo - затухание, вносимое резистивным элементом при однократном прохождении СВЧ сигнала;
Zo - волновое сопротивление микрополосковой линии;
R - сопротивление резистивного элемента;
n - число щелей, выбираемых из соотношения:
m
где W - минимальный линейный резистивного размер элемента в плоскости подложки, определяемый нормами проектирования.
На начальном участке резистивного элемента (х=0) плотность СВЧ мощности Ро(х) максимальна, а на конечном участке -минимальна, что приводит к неравномерному нагреву резистивного элемента, причем максимальный нагрев резистивного элемента микрополосковой нагрузки превышает на 20-50% (в зависимости от значения l) величину параметра в случае, если Ро(х) распределялась равномерно.
В заявляемом устройстве за счет наличия щелей заданной конфигурации в резистивном элементе увеличивается погонное сопротивление в направлении распространения СВЧ сигнала, чем обеспечивается выравнивание удельной рассеиваемой мощности по площади резистивного элемента, в результате чего повышается эффективность теплоотвода в подложку и, следовательно, повышается допустимая мощность микрополосковой нагрузки при тех же внешних размерах.
Для обеспечения постоянства удельной рассеиваемой мощности по длине резистивного элемента необходимо, чтобы погонное сопротивление Ro(x) возрастало в направлении распространения СВЧ сигнала в соответствии с выражением:
Ro(x)=Ro(o)exp(2Ax/l),
где l - длина резистивного элемента,
так как в каждом сечении х удельная СВЧ мощность Р(х) уменьшается в направлении распространения по экспоненциальному закону (для сплошного резистора постоянной ширины).
к
Требуемое изменение погонного сопротивления обеспечивается уменьшением эффективного сечения резистивного элемента за счет наличия в теле резистора щелей, ширина b каждой из которых определяется через параметры микрополосковой нагрузки как:
к
bn=w[1-ехр(-2Ax/l)],
где n - число щелей, w - ширина микрополосковой линии.
Для реальных А (0,5-0,7 Нп) вышеприведенные выражение может быть линейной зависимостью вида:
к
что позволяет упростить практическую реализацию микрополосковой нагрузки путем выполнения клинообразных щелей. При х=0 (т.е. в начале резистивного элемента) ширина каждой щели равна 0, а при х=l. (в конце резистивного элемента) ширина b щели определяется выражением:
к
b=w[1-exp(-2A)]/n.
Конструкция заявляемой микрополосковой нагрузки представлена на фиг.1. Микрополосковая нагрузка содержит диэлектрическую подложку 1, на одной стороне которой выполнено заземляющее основание 2, а на другой стороне размещены микрополосковая линия 3 и тонкопленочный резистор 4 прямоугольной формы, который одним концом подключен к
микрополосковой линии 3, а другим, через контактную площадку 6 - к заземляющему основанию, при этом ширина тонкопленочного резистора 4 равна ширине микрополосковой линии 3. В теле тонкопленочного резистора 4 выполняются клинообразные щели 5, ширина которых в начале резистивного элемента (х=0) равна 0, а на конце (х=l) - удовлетворяет соотношению:
к
b=w[1-ехр(-2A)]/n.
Количество щелей n выбирается из соотношения:
m
n=0,5[(w/w)-1],
m
где W - минимальный линейный размер резистивного элемента в плоскости подложки, определяемый нормами проектирования.
к
Микрополосковая нагрузка работает следующим образом. СВЧ мощность, поступающая на микрополосковую. линию 3, рассеивается в тонкопленочном резисторе 4, содержащем клинообразные щели 5. Параметры резистора (w, l, Rs) и клинообразных щелей (b, n) выбраны исходя из одновременного выполнения условий согласования и равномерного рассеяния мощности СВЧ сигнала по длине тонкопленочного резистора.
Пример конкретного исполнения нагрузки. Микрополосковая нагрузка для дециметрового диапазона с резистивным элементом прямоугольной формы выполнена на поликоровой подложке (ε=9,6) толщиной 2 мм. Волновое сопротивление Zo=50 Ом, сопротивление резистивного элемента равно 50 Ом. Поверхностное сопротивление
резистивной пленки выбрано 20 Ом/квадрат. На основе известных зависимостей имеем: А=R/2Zo, w/h=0,96. (h - толщина подложки).
Следовательно требуемая ширина микрополосковой линии равна 1,92 мм. Длина резистивного элемента равна 4,8 мм.
m
m
Проведем расчет для резистивного элемента со щелями при тех же значениях w и l. Величину W задаем равной 0,05 мм. Определяем максимальное число щелей: n=0,5[(w/w)-1]=0,5 (1,92 /0,05-1)=18,7.
к
Положим n=10, тогда ширина каждой щели на конце резистивного элемента будет равна: b=w[1-exp(-2A)]/n=1,92/10 [1-exp(-1)]=0,12 мм, т.е. суммарная ширина щелей равна 1,2 мм и не превышает ширину резистора.
Определим требуемую величину удельного поверхностного сопротивления резистивной пленки по формуле:
Rs=wR[1-exp(-2A)]/2A=1,92×50×0,63/4,8=12,6 Ом/квадрат
В качестве исходного материала пленочного резистора используется пленка Та с Rs=10 Ом/квадрат, которая при изготовлении резистора подвергается анодной обработке для получения заданного номинала.