МИКРОПОЛОСКОВАЯ НАГРУЗКА

Предлагаемая полезная модель относится к области радиотехники и может использоваться для согласованного поглощения СВЧ мощности в малогабаритных коаксиальных нагрузках.
Обычно коаксиальные нагрузки выполняются на покупных цилиндрических резисторах, устанавливаемых в разрыве коаксиальной линии. Эти нагрузки имеют большую длину, определяемой длиной резистора. Меньшие габариты имеет нагрузка в виде микрополоскового чипа устанавливаемого в корпус конструктивного коаксиального разъема.
Известна микрополосковая нагрузка (авторское свидетельство СССР №1443061 МПК H01P 1/26 от 1988 г.), содержащая диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено металлизированное основание, а на другой - расположен первый проводник один конец которого является входом, а на втором конце торец проводника соединен с одной гранью прямоугольного пленочного резистора, противоположная грань которого соединена с торцом второго четвертьволнового проводника, противоположный конец которого разомкнут. При этом сопротивление резистора больше сопротивления входа, а проводник выполнен со ступенчатым уменьшением ширины на длине в четверть длины волны перед резистором. Нагрузка согласована в узком диапазоне частот и имеет большие габариты, что обусловлено использованием четвертьволновых отрезков линий.
Более широкий диапазон частот и меньшие габариты имеет микрополосковая нагрузка (авторское свидетельство СССР №664250 МПК H01P 1/26 от 1976 г.), принятая в качестве прототипа. Нагрузка содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой стороне проводник, один конец которого является входом, а втором конце торец проводника соединен с одной гранью прямоугольного пленочного резистора, противоположная грань которого соединена с торцом второго проводника, противоположная конец которого соединен через контакт с металлическим основанием.
Недостатком прототипа является ухудшение согласования с ростом частоты. Это связано с тем, что замыкание резистора на корпус производится через индуктивность замыкания, влияние которой сказывается на высоких частотах. Кроме того, при установке микрополосковой нагрузки в корпус коаксиального разъема, вход нагрузки соединяется со стержнем разъема посредством перемычки, имеющий индуктивный характер, а в нагрузке прототипе не предусмотрены элементы компенсации этой индуктивности.
Задачей полезной модели является улучшение согласования в широком диапазоне частот при малых габаритах и обеспечение настройки при установке в коаксиальный разъем.
Для достижения указанной задачи в микрополосковую нагрузку, содержащей диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой стороне - проводник, один конец которого является входом, а втором конце торец проводника соединен с одной гранью прямоугольного пленочного резистора, противоположная грань которого соединена с торцом второго проводника, противоположный конец которого соединен через контакт с металлическим основанием, согласно полезной модели, дополнительно введены два идентичных прямоугольных пленочных резистора, одни грани которых соединены с противоположными боковыми гранями первого проводника на его втором конце, а противоположные грани резисторов подключены к дополнительно введенным идентичным прямоугольным проводникам.
Кроме того, в первом проводнике, на расстоянии одной восьмой длины волны от входа, выполнено заужение проводника на длине одной восьмой длины волны.
Введение дополнительных резисторов, подключенных к идентичным прямоугольным проводникам, позволяет при малых габаритах обеспечить согласование во всем диапазоне частот.
Выполнение заужения в проводнике входной линии позволяет обеспечить возможность компенсации индуктивности перемычки, при установке платы в коаксиальную линию.
Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого устройства из литературы неизвестны, поэтому оно соответствует критериям новизны и уровня полезной модели.
На фиг. 1 приведена топология предлагаемой микрополосковой нагрузки; на фиг. 2 - расчетная амплитудно-частотная характеристика АЧХ нагрузки; на фиг. 3 - чертеж конструкции малогабаритной коаксиальной нагрузки на основе предлагаемой микрополосковой нагрузки.
Микрополосковая нагрузка содержит диэлектрическую подложку 1, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой стороне - первый проводник 2, к одному концу которого подключен вход нагрузки, а втором конце торец проводника 2 соединен с одной гранью прямоугольного пленочного резистора 3, противоположная грань которого соединена с торцом второго проводника 4. Противоположный конец второго проводника 4 соединен через контакт 5 с металлическим основанием. На втором конце первого проводника 2 к противоположным боковым граням подключены два идентичных прямоугольных пленочных резистора 6, 7, противоположные грани которых подключены к идентичным прямоугольным проводникам 8, 9. В первом проводнике 2 на расстоянии одной восьмой длины волны от входа, выполнено заужение проводника на длине одной восьмой длины волны. Сопротивление резистора 3 равно входному сопротивлению нагрузки, ширина - меньше ширины проводника 2, а длина резистора 3 меньше или равна его ширине. Сопротивление резисторов 6, 7 в два раза больше сопротивления резистора 3. При этом ширина резисторов 6, 7 в два раза меньше ширины резистора 3 при одинаковой длине и одинаковой величине поверхностного сопротивления резистивного слоя. Длина проводника 4 минимально возможная и определяется технологической возможностью подключения замыкающего контакта 5. Размеры проводников 8, 9 определяются из условия согласования. При этом общая емкость проводников 8, 9 на металлическое основание должна быть равна:
Где: L - индуктивность короткого замыкания за резистором 3
0
Z - сопротивление нагрузки.
0
0
При выполнении формулы (1) входное сопротивление трех параллельных ветвей через резисторы 3, 6, 7 на корпус, равно чисто активному сопротивлению Z. Например, при Z=50 Ом, L=0.2 нГн, емкость проводников равна С=0.08 пкФ. При этом размер проводников 8, 9 на плате поликор толщиной 0.5 мм, составит 0.3×0.15 мм. Величину индуктивности заземления и размеры проводников 8, 9 можно определить на основе анализа топологии.
в
На фиг. 2 представлена амплитудно-частотная характеристика АЧХ нагрузки на основе анализа топологии на плате поликор толщиной 0.5 мм, с заземляющим проводником шириной 0.5 мм. Заметим, что без резисторов 6,7 КСВН нагрузки растет с ростом частоты в СВЧ диапазоне и составляет 1.56 на F, что соответствует индуктивности заземления 0.2 нГн.
Плата микрополосковой нагрузки предназначена для установки в интегральное устройство или в коаксиальный разъем, для реализации малогабаритной коаксиальной нагрузки. Подключение платы производится посредством перемычки, индуктивность которой порядка 0.1-0.2 нГн, которая ухудшает КСВН нагрузки. Для компенсации этой индуктивности в предлагаемой нагрузке во входном проводнике 2 имеется участок с уменьшенной шириной проводника. Длина этого участка примерно равна одной восьмой длины волны на верхней частоте, и расположен он на этом же расстоянии от входа. При необходимости, например при настройке, ширина проводника 2 может быть увеличена втиранием настроечной накладки из индия.
Микрополосковая нагрузка работает следующим образом:
СВЧ сигнал поступает на вход и на низких частотах полностью поглощается в резисторе 3, так как его сопротивление равно сопротивлению входа, реактивное сопротивление короткого замыкания резистора 3 стремится к нулю. На высоких частотах, мощность поглощается кроме резистора 3 в резисторах 6.7, выводы которых замыкаются на корпус через емкости, образованные проводниками 8, 9. Так как при выполнении условия (1) входное сопротивление трех резисторов, один из которых соединен с корпусом через конструктивную индуктивность, а два других через емкости, равно чисто активному сопротивлению, независимо от частоты, нагрузка согласована на всех частотах (см. фиг. 2).
При установке платы в коаксиальную нагрузку отражения, обусловленные индуктивностью перемычки, соединяющей стержень разъема с проводником на плате, компенсируется индуктивностью образованной заужением во входном проводнике 2.
Таким образом, предлагаемая микрополосковая нагрузка согласована во всем диапазоне частот при простой конструкции.
Технико-экономический эффект микрополосковой нагрузки состоит в следующем.
Включение дополнительных резисторов соединенных на дополнительные проводники позволило получить согласование в широкой полосе частот при простой конструкции. Заужение проводника на определенном расстоянии от входа позволило, при установке платы в коаксиальную нагрузку, обеспечить компенсацию индуктивности перемычки и обеспечить возможность настройки коаксиальной нагрузки.
На предприятии была изготовлена опытная партия нагрузок с коаксиальным входом (сечение линии 3.5×1.52 мм) с использованием описанной микрополосковой нагрузки. При экспериментальной проверке были получены результаты, подтверждающие достижение поставленной цели. КСВН нагрузки во всем диапазоне частот работы коаксиального разъема не превышал требуемых 1.3, при этом производилась настройка индиевыми накладками. Диаметр и длина нагрузки определялись в основном размерами коаксиального разъема, что позволило устанавливать нагрузки в блоки с высокой плотностью монтажа.