Дуплексер на основе объёмных полосково-щелевых переходов

Полезная модель относится к СВЧ-технике и может применяться в приемно-передающей технике СВЧ. Устройство предназначено для обеспечения совместной работы приемного и передающего СВЧ-трактов, осуществляющих передачу и прием сигнала одновременно на разных частотах. Также устройство может применяться в прочих СВЧ-блоках, где необходимо осуществлять распространение СВЧ-сигнала по нескольким направлениям, с обеспечением фильтрации по частоте в каждом из них.
Из уровня техники известен микрополосковый дуплексер, описанный в патенте RU 2488200 С1, МПК Н01Р 1/213. Он содержит диэлектрическую подложку, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены полосковые проводники, образующие двухмодовые резонаторы, и расположены три емкости, связывающие три порта с крайними двухмодовыми резонаторами. Один из полосковых проводников имеет Т-образную форму, и частоты его первых двух мод колебаний настроены на центральные частоты полос пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов. Остальные полосковые проводники частично расщеплены продольной щелью с одного конца и принадлежат одной из двух групп, формирующих полосы пропускания низкочастотного и высокочастотного каналов, в которых расщепленные полосковые проводники электромагнитно связаны между собой и с полосковым проводником Т-образной формы.
Известен микрополосковый дуплексер, принятый за прототип (патент RU 2697891 C1, МПК Н01Р 1/213). Микрополосковый дуплексер состоит из диэлектрической подложки, одна сторона которой металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на вторую нанесены полосковые проводники. На центральном проводнике, свернутом в форме шпильки, расположен входной порт, а заземление на основание выполнено на параллельных отрезках этого проводника, вдоль которых с внешней стороны нанесены крайние протяженные полосковые проводники, заземленные с одного конца на основание, причем на них расположены выходные порты.
Недостатками описанных выше аналога и прототипа являются избыточность их габаритов и монолитность конструкции. Это объясняется тем, что конструкция устройств предполагает размещение функционала на двусторонней цельной диэлектрической подложке, с размещением микрополосковых линий на одной из ее сторон.
Техническая задача полезной модели заключается в расширении арсенала средств в области техники сверхвысоких частот.
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
Техническая задача решается тем, что дуплексер на основе объемных полосково-щелевых переходов, содержащий диэлектрическую подложку на которую нанесена полосковая линия, согласно полезной модели, дополнительно содержит пять диэлектрических подложек, расположенных параллельно друг над другом и закрепленных между собой с помощью винтовых креплений, причем четвертая подложка является центральной, на верхних сторонах второй, четвертой, шестой подложек размещены параллельно друг над другом полосковые линии, из которых центральная расположена на четвертой подложке; на верхних сторонах третьей и пятой подложек расположены металлизированные экраны, в которых вырезаны щелевые линии, расположенные параллельно друг над другом со смещением на расстояние 1 и заканчивающиеся замыканием металла экранов на их концах, щелевые линии скрещиваются с полосковыми линиями под прямым углом на расстояниях l, l, l, l от концов полосковых и щелевых линий, причем расстояния l, l, l, l соответствуют частотным характеристикам, а расстояние между щелевыми линиями 1 равно разности расстояний l и l; на верхней стороне первой диэлектрической подложки и на нижней стороне шестой диэлектрической подложки расположены металлизированные экраны.
Предложение поясняется рисунком (фиг. 1, 2), где на фиг. 1 изображена конструкция дуплексера на основе объемных полосково-щелевых переходов в изометрии, а на фиг. 2 показан вид сверху и вид сбоку (вид А).
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
Полезная модель содержит шесть диэлектрических подложек 1-6 (фиг. 1), расположенных параллельно друг над другом и закрепленных на общем основании (на фиг. 1 не показано) с помощью винтовых креплений через отверстия 16, расположенные по краям подложек 1-6 с возможностью их замены на другие, аналогичные подложки, причем подложка 4 является центральной. На верхних сторонах диэлектрических подложек 2, 4, 6 размещены полосковые линии 11, 12, 13, расположенные параллельно друг над другом, причем 12-центральная полосковая линия. На верхних сторонах диэлектрических подложек 3, 5 расположены металлизированные экраны 8, 9, в которых вырезаны щелевые линии 14, 15, заканчивающиеся замыканием металла экранов на их концах (фиг. 2). Щелевые линии 14, 15 размещены параллельно друг над другом со смещением на расстояние 1 так, что скрещиваются с полосковыми линиями 11, 12, 13 под прямым углом на расстояниях l, l, l, l от концов полосковых и щелевых линий, оканчивающихся обрывом. Расстояния l, l, l, l могут быть различны, и выбираются исходя из требуемых в каждом конкретном случае частотных характеристик. Расстояние 1 определяется разностью расстояний l, l. На верхней стороне диэлектрической подложки 1 и нижней стороне диэлектрической подложки 6 расположены металлизированные экраны 7, 10, которые при электрическом замыкании на основание через винтовое крепление, размещенные в отверстиях 16, обеспечивают соблюдение электродинамических граничных условий.
Полезная модель работает следующим образом: по полосковой линии 11 распространяется СВЧ-сигнал, структура сигнала соответствует ТЕМ-волне (поперечной электромагнитной волне). Поперечная составляющая магнитного поля полосковой линии 11  в области горизонтального пересечения полосковой 11 и щелевой линии 14 порождает электрическое поле щели  которое, в свою очередь, порождает магнитное поле щели 14  Магнитное поле щели 14 возбуждает электрическое поле полосковой линии 12. В результате на выходе полосковой линии поступает узкополосный сигнал, соответствующий частоте резонанса полосково-щелевого перехода, состоящего из полосковых линий 11, 12 и щелевой линии 14. При этом сигнал гасится на щелевой линии 15 и не поступает на полосковую линию 13.
1
2
Смещение мест пересечения щелей 14 и 15 с центральной полосковой линией 12 относительно друг друга на расстояние l и l необходимо для обеспечения развязки между полосково-щелевыми переходами, состоящими из полосковых и щелевых линий 11-14-12 и 12-15-13 соответственно. Также смещение мест пересечения необходимо для обеспечения согласования полосковых линий 11, 12 с щелевой линией 14 и полосковых линий 12, 13 с щелевой линией 15 в заданных частотных диапазонах.
Пример.
1
2
3
4
Конструкцию заявляемого дуплексера на основе объемных полосково-щелевых переходов можно выполнить, например, из шести фольгированных диэлектрических подложек 1-6 (фиг. 1) марки AD350 с размещенными параллельно друг над другом на верхних сторонах подложек 2, 4, 6 полосковыми линиями 11-13 (с размерами l - 17 мм, l - 7 мм) и размещенными на верхних сторонах подложек 3 и 5 щелевыми линиями 14, 15 (l - 27,5 мм, l - 53,5 мм).
Таким образом, полезная модель расширяет арсенал средств в области техники сверхвысоких частот.