МИКРОПОЛОСКОВЫЙ КОРРЕКТОР

Полезная модель относится к области радиотехники СВЧ и может быть использована для выравнивания амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) трактов СВЧ в широком диапазоне частот.
Обычно затухание СВЧ тракта растет с ростом частоты и для уменьшения частотной неравномерности затухания в тракт включают корректоры АЧХ, затухание которых имеет обратную АЧХ, т.е. уменьшается с ростом частоты. При этом корректор должен быть согласован во всем диапазоне частот.
Известен амплитудный корректор (авторское свидетельство СССР №1592884 МКИ H01P 1/203 опубл. 15.05.90 г.) согласованный во всем диапазоне частот, 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 первый резистор и разомкнутый на другом конце, в металлизированном основании выполнена полуволновая щель, короткозамкнутая на концах, и размещенная вдоль оси второго проводника, в которой под первым проводником включен второй резистор.
Корректор согласован независимо от уровня вносимого затухания, которое может изменяться от частоты в широких пределах, однако имеет сложную конструкцию, обусловленную использованием щелевой линии. Требуется свободное пространство с обеих сторон платы, что увеличивает габариты устройства. Кроме того затухание корректора зависит от частоты по периодическому закону, при этом участок АЧХ, где затухание уменьшается с ростом частоты составляет не более октавы. Так как затухание СВЧ трактов растет с ростом частоты, корректор может быть использован для уменьшения частотной неравномерности СВЧ трактов только в диапазоне частот с перекрытием до 2х.
Известен управляемый микрополосковый корректор наклона АЧХ (патент РФ №22338605 МКИ H01P 1/203 от 27.05.2003 г.), 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 корректора является ограничение по рабочему диапазону частот, частотами, 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.
Более простую конструкцию имеет корректирующее устройство, принятое в качестве прототипа (заявка ФРГ №2734436 МКИ H01P 1/203 от 31.05.79 г.). Известное устройство 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 соединен с металлическим основанием.
Прототип на частотах, где длина второго проводника равна четверти длины волны, вносит минимальное ослабление, на нулевой частоте максимальное ослабление, величина которого определяется величиной резистора. При этом с ростом вносимого ослабления растет величина КСВН. Например, при вносимом ослаблении 3 дБ КСВН=2.0. Поэтому известное устройство не позволяет получить большого по величине изменения ослабления в диапазоне частот.
Задачей полезной модели является улучшение согласования в широком диапазоне частот и увеличение величины изменения ослабления в диапазоне частот при малых габаритах.
Для достижения поставленной задачи, предлагается микрополосковый 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 боковой кромке первого проводника через первый резистор, а второй - соединен с металлическим основанием, согласно полезной модели, в первом проводнике непосредственно после точки подключения первого резистора выполнен разрыв с минимальным зазором, за которым подключен одним выводом второй резистор, идентичный первому и расположенный между боковой кромкой первого проводника и первым концом второго проводника, при этом концы первого проводника у разрыва соединены через третий резистор, где на краях первого проводника у зазора установлены нижними обкладками первый и второй конденсаторы, верхние обкладки которых соединены индуктивностью, выполненной из металлической фольги в форме петли.
Введение второго и третьего резисторов и двух конденсаторов, установленных на краях разрыва первого проводника и соединенных индуктивностью в виде петли, позволяет при малых габаритах обеспечить согласование в неограниченном диапазоне частот, при затухании, уменьшающимся с ростом частоты в широком диапазоне частот.
Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого устройства из литературы неизвестны, поэтому оно соответствует критериям новизны.
На фиг. 1 приведена топология предлагаемого микрополоскового корректора, на фиг. 2 его схема, на фиг. 3 - расчетная АЧХ, на фиг. 4 - конструкторская документация корректора с коаксиальными разъемами сечения 3.5×1.52 мм, на фиг. 5 - АЧХ опытного образца.
Предлагаемый микрополосковый корректор содержит диэлектрическую подложку 1, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой стороне первый проводник 2, концы которого являются входом и выходом корректора, и второй проводник 3, один конец которого соединен с металлическим основанием, а другой конец подключен к боковой кромке первого проводника 2 через идентичные резисторы 4, 5. В первом проводнике 2, между точками подключения резисторов 4, 5, выполнен разрыв с минимальным зазором, в котором расположен третий резистор 6. На краях первого проводника 2 у разрыва установлены нижними обкладками первый и второй конденсаторы 7, 8, верхние обкладки которых соединены индуктивностью 9 из металлической фольги в форме петли.
Емкость конденсаторов 7, 8 и длина петли индуктивности 9 выбирается из условия резонанса на верхней частоте рабочего диапазона частот, последовательного контура, образованного емкостью конденсаторов и индуктивностью петли.
Длина второго проводника 3 равна четверти длины волны на верхней частоте рабочего диапазона частот, где затухание корректора должно быть минимальным. При этом проводник 3 является четвертьволновым шлейфом. Ширина проводника 3 выбирается из условия равенства нагруженных добротностей резонатора в виде четвертьволнового шлейфа и резонатора в виде последовательного контура.
Сопротивления резисторов 4, 5, 6 определяются исходя из заданного уровня ослабления (L, дБ) на нулевой частоте, при идеальном согласовании, по формулам П-образного аттенюатора (1), (2).
где:
1
R - нормированное сопротивление резисторов 4, 5;
2
R - нормированное сопротивление резистора 6;
К - коэффициент передачи по напряжению
L/20
К=10,
где L, дБ - затухание корректора на нулевой частоте.
Предлагаемый микрополосковый корректор работает следующим образом. СВЧ сигнал поступает на вход и проходит на выход через проводник 2. На верхней частоте СВЧ сигнал проходит на выход без ослабления, так как поглощение мощности в резисторах 4, 5, 6 отсутствует. Второй конец резисторов 4, 5 разомкнут на этой частоте, так как входная проводимость четвертьволнового шлейфа (проводник 3) равна нулю, а резистор 6 шунтируется последовательным контуром (конденсаторы 7, 8 и индуктивность 9).
На частоте равной нулю часть сигнала проходит на выход, остальной сигнал поглощается в резисторах при идеальном согласовании, так как схема корректора является схемой П-образного аттенюатора и выполняются условия согласования (1) (2). Выбирая по формулам (1) (2) величины сопротивления резисторов 4, 5, 6 можно обеспечить любое затухание на частоте равной нулю и, следовательно, требуемый наклон АЧХ корректора.
На частотах ниже верхней частоты, параллельно резистору 6 включена реактивная проводимость последовательного контура, а резисторы 4, 5 замыкаются на землю через резонансный контур в виде четвертьволнового шлейфа 3. Можно показать аналитически, что при одинаковых нагруженных добротностях контуров обеспечивается согласование корректора во всем диапазоне частот. Ослабление, вносимое корректором, уменьшается с ростом частоты, так как уменьшается входная проводимость четвертьволнового шлейфа 3 и уменьшается сопротивление последовательного контура (конденсаторы 7, 8 и индуктивность 9), шунтирующее резистор 6. Для примера, на фиг. 2, 3 приведены схема и расчетная АЧХ, для получения перепада затухания корректора равном 13 дБ. Видно, что согласование обеспечивается в диапазоне частот от 0 до верхней частоты.
Таким образом, предлагаемый микрополосковый корректор при простой конструкции согласован во всем диапазоне частот при любом уровне максимального затухания, в то время как прототип при затухании 3 дБ имеет КСВН=2.0
Технико-экономический эффект микрополоскового корректора состоит в следующем.
Введение дополнительного резистора, последовательно включенного в зазоре основного проводника, и резистора между основным проводником и четвертьволновым шлейфом, а также включение параллельно дополнительному последовательному резистору двух конденсаторов с индуктивной перемычкой, позволило получить согласование в широкой полосе частот при простой конструкции при разных величинах коррекции АЧХ.
На предприятии были изготовлены опытные образцы описанного микрополоскового корректора. Корректор выполнен на плате поликор размером 6.0×7.5×0.5 мм. Резисторы выполнены методом напыления. Плата устанавливалась в корпус коаксиальной линии с конструктивными коаксиальными разъемами (см. фиг. 4). При экспериментальной проверке были получены результаты, подтверждающие достижение поставленной цели (см. фиг. 5). При изменении частоты от 0 и fo затухание менялось от 13 до 1.5 дБ при КСВН не более 2.0. (Определяется разъемами)
Указанный корректор применяется для выравнивания АЧХ широкополосных трактов СВЧ.