микрополосковый направленный ответвитель

Формула изобретения

МИКРОПОЛОСКОВЫЙ НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ, содержащий две линии передачи, соединенные двумя структурами, отстоящими одна от другой на расстоянии четверти длины волны и электромагнитно связанные на этом расстоянии, отличающийся тем, что в него введена третья структура, связывающая две линии передачи и расположенная на расстоянии четверти длины волны от ближайшей структуры, и линии передачи электромагнитно связаны на этом расстоянии, при этом каждая структура выполнена в виде навесной катушки индуктивности, соединенной с линиями передачи посредством отрезков линий передачи, расположенных по разные стороны их токонесущих проводников.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к технике СВЧ, и может быть использовано в высокочастотных балансных преобразователях частоты, высокочастотных балансных усилителях частоты и других высокочастотных системах, где требуется деление мощности сигнала.

Известен микрополосковый квадратный мост, имеющий две линии передачи, соединенные на расстоянии четверти длины волны двумя четвертьволновыми шлейфами.

Известен микрополосковый направленный ответвитель, содержащий две линии передачи, центральную структуру и симметрично относительно центральной структуры расположенные боковые структуры на расстоянии в четверть длины волны друг от друга, причем каждая структура выполнена в виде отрезка линии передачи, соединенного с обеими линиями передачи посредством емкостного элемента.

Известен микрополосковый направленный ответвитель, содержащий две линии передачи, центральную структуру и симметрично относительно центральной структуры расположенные боковые структуры на расстоянии в четверть длины волны друг от друга, причем каждая структура выполнена в виде четвертьволнового отрезка линии передачи, соединенного с обеими линиями передачи.

Известен взятый в качестве прототипа микрополосковый направленный ответвитель, содержащий две линии передачи, соединенные двумя структурами, отстоящими одна от другой на расстоянии в четверть длины волны, и электоромагнитно связанные на этом расстоянии.

Недостатками указанного микрополоскового направленного ответвителя являются, во-первых, малая относительная рабочая полоса частот (менее 21% при коэффициенте стоячей волны по напряжению (КСВН) менее 1,5; коэффициент перекрытия менее 1,1 при неравномерности связи менее 0,5 дБ), во-вторых, не используется полезно значительная площадь подложки, заключенная между структурами и двумя линиями передачи; велика занимаемая устройством площадь подложки (в частности, занимаемая структурами).

Цель изобретения увеличение относительной рабочей полосы частот; уменьшение не используемой полезно площади подложки и уменьшение занимаемой устройством площади подложки.

Для этого в известном микрополосковом направленном ответвителе, содержащем две линии передач, соединенные двумя структурами, отстоящими одна от другой на расстоянии в четверть длины волны, и электромагнитно связанные на этом расстоянии, введена третья структура, связывающая две линии передачи и расположенная на расстоянии четверти длины волны от ближайшей структуры, и линии передачи электромагнитно связаны на этом расстоянии, при этом каждая структура выполнена в виде навесной катушки индуктивности, соединенной с линиями передачи посредством отрезков линий передачи, расположенных по разные стороны от токонесущих проводников.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема предлагаемого микрополоскового направленного ответвителя; на фиг. 2 вариант топологии предлагаемого микрополоскового направленного ответвителя, вид со стороны навесных элементов; на фиг. 3 зависимость величины индуктивности катушек индуктивности предлагаемого микрополоскового направленного ответвителя от центральной частоты.

Микрополосковый направленный ответвитель (см. фиг. 1) содержит две линии передачи 1 (например, микрополосковые линии передачи с 50-омным импедансом подводящих плеч) между плечами 2 и 3 и плечами 4 и 5, соединенные двумя структурами, отстоящими одна от другой на расстоянии в четверть длины волны и электромагнитно связанные на этом расстоянии, а также третью структуру, связывающую две линии передачи 1 и расположенную на расстоянии в четверть длины волны от ближайшей структуры, причем линии передачи электромагнитно связаны на этом расстоянии, при этом каждая структура выполнена в виде навесной катушки индуктивности (например, центральная катушка индуктивности 6 в 15 нГн и две боковые катушки индуктивности 7 в 25 нГн), соединенной с линиями передачи посредством отрезков линий передачи 8 (например, отрезков 50-омных микрополосковых линий длиной в 1/16 длины волны), расположенных по разные стороны из токонесущих проводников. Электромагнитная связь выполнена, например, в виде боковой электромагнитной связи 9 в 15 дБ.

Топология устройства (см. фиг. 2) реализована, например, на подложке с относительной диэлектрической проницаемостью, равной 9,6, и толщиной 1 мм, с нанесенным на обратную сторону подложки экраном. В качестве примера на фиг. 3 дана зависимость величины индуктивности катушек индуктивности 6 (график 10) и 7 (график 11) (для случая трехдецибельного направленного ответвителя с 50-омным импедансом подводящих плеч на подложке толщиной 1 мм относительной диэлектрической проницаемостью 9,6) от центральной частоты (при длине 50-омных микрополосковых отрезков в 1/16 длины волны).

Поступающая в плечо 2 мощность высокочастотного сигнала (например, с рабочей частотой 1 ГГц) по линии передачи частично поступает в плечо 3, частично (благодаря структурам, соединяющим линии передачи, и электромагнитной связи между линиями передачи) ответвляется в плечо 5. В приведенном примере конкретной реализации предлагаемого ответвителя соотношение мощностей, поступающих в плечи 3 и 5, например, 1:1. Из-за расстояния в четверть длины волны между структурами, соединяющими линии передачи, плечо 4 оказывается электрически развязанным в рабочем диапазоне частот. Ввиду симметрии предлагаемого устройства аналогичная картина происходит и при подаче мощности в любое другое плечо.

По сравнению с прототипом предлагаемый ответвитель имеет большую относительную рабочую полосу частот (для трехдецибельного микрополоскового направленного ответвителя с тремя структурами относительная рабочая полоса частот равна 53% т.е. на 32% больше, чем в прототипе, при КСВН менее 1,5; коэффициент перекрытия равен 1,46, т.е. в 1,33 раза больше, чем в прототипе, при неравномерности связи менее 0,5 дБ).

Благодаря навесной конструкции катушек индуктивности отрезки линий передач могут располагаться на топологии вне пространства между двумя линиями передачи (см. фиг. 2), в результате чего устранена не используемая полезно площадь подложки, заключенная между структурами и двумя линиями передачи, а также уменьшена занимаемая устройством площадь подложки (в частности, занимаемая структурами).

Дополнительным достоинством предлагаемого ответвителя является то, что его топология имеет смежное расположение выходных плеч, удобное, например, при построении на базе предлагаемого ответвителя балансных преобразователей частоты или балансных усилителей частоты. Входное и выходные плечи предлагаемого ответвителя расположены достаточно далеко друг от друга (например, на расстоянии в половину длины волны), что исключает возникновение существенной паразитной связи между входом и одним из выходов.

Кроме того, к дополнительным достоинствам предлагаемого ответвителя относится то, что отрезки линий передач в нем имеют импеданс и ширину полоска, пригодные для их беспрепятственной реализации в микрополосковом исполнении, так как при увеличении величины индуктивности катушки индуктивности уменьшается импеданс и увеличивается ширина полоска отрезка. Кроме того, даже при значительной ответвляемой мощности сигнала (например, 3 дБ в приведенном примере конкретной реализации) боковая электромагнитная связь между линиями передачи слабая (например, 15 дБ) и величина зазора достаточна для беспрепятственной реализации в микрополосковом исполнении (например, 0,63 мм для подложки с относительной диэлектрической проницаемостью, равной 9,6, и толщиной 1 мм).