полосковый ответвитель

Формула изобретения

1. ПОЛОСКОВЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ, содержащий две линии передачи, связанные между собой структурами, расположенными на расстоянии четверти длины волны одна от другой, отличающийся тем, что каждая структура выполнена в виде двух изогнутых полосков, связанных боковой электромагнитной связью, при этом начало первого полоска и конец второго полоска соединены с линиями передачи соответственно, а конец первого полоска и начало второго полоска соединены между собой, причем структуры расположены вне пространства между линиями передачи, а непланарные соединения осуществлены перемычками.

2. Ответвитель по п. 1, отличающийся тем, что между линиями передачи введена боковая электромагнитная связь.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к технике СВЧ, и может быть использовано в высокочастотных балансных преобразователях или усилителях частоты и других СВЧ-системах, где требуется деление мощности сигнала с развязкой выходных плеч.

Известен полосковый квадратный мост, имеющий две линии передачи, соединенные на расстоянии 1/4 длины волны двумя четвертьволновыми шлейфами.

Известен полосковый шлейфный направленный ответвитель, содержащий две линии передачи, соединенные на расстоянии 1/4 длины волны тремя шлейфами длиной 1/4 длины волны, причем участки шлейфов выполнены в виде элементов Шиффмана, т. е. волны по электромагнитно связанным участкам идут в противоположных направлениях.

Известен полосковый ответвитель, содержащий две линии передачи, связанные между собой структурами, расположенными на расстоянии четверти длины волны одна от другой, причем структуры выполнены в виде прямолинейных четвертьволновых шлейфов и расположены в пространстве между линиями передачи. Количество шлейфов в наиболее распространенном случае равно трем.

Недостатками указанного устройства являются, во-первых, трудность либо невозможность реализовать в полосковом исполнении высокоимпедансные боковые шлейфы (в известных работах предельный импеданс шлейфов в полосковом исполнении оценен 100.160 Ом при толщине подложки от 0,2 до 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью 9,8 в области частот до 8 ГГц), тогда как уже для 3-децибельных полосковых 3-шлейфных направленных ответвителей с 50-омными или 75-омными линиями передачи импеданс бокового шлейфа должен быть соответственно 121 Ом или 181 Ом, а ширина полоска бокового шлейфа (для подложек толщиной 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью 9,6) соответственно 0,06 мм или 0,006 мм, что технологически очень трудно реализовать и что, кроме того, дает много брака при изготовлении, а ответвители с числом шлейфов более трех еще более труднореализуемы; во-вторых, ограничение количества шлейфов ограничивает и ширину рабочей полосы частот (она пропорциональна количеству шлейфов); в-третьих, не используется полезно заключенная между шлейфами и двумя линиями передачи площадь подложки в виде двух квадратов со стороной в четверть длины волны; в-четвертых, велика занимаемая устройством площадь подложки (в частности из-за значительной не используемой полезно площади подложки); в-пятых, планарные центральные шлейфы, окруженные со всех сторон на плоскости элементами конструкции, препятствуют самим своим присутствием не только экономии площади подложки путем сближения линий передачи, но и делают невозможным электромагнитную связь между ними.

Целью изобретения является, во-первых, облегчение реализации устройства в полосковом исполнении; во-вторых, увеличение относительной ширины рабочей полосы частот; в-третьих, уменьшение не используемой полезно площади подложки; в-четвертых, уменьшение занимаемой устройством площади подложки.

Это достигается за счет того, что в полосковом ответвителе, содержащем две линии передачи, связанные между собой структурами, расположенными на расстоянии четверти длины волны одна от другой, каждая структура выполнена в виде двух изогнутых полосков, связанных боковой электромагнитной связью, при этом начало первого полоска и конец второго полоска соединены с линиями передачи соответственно, а конец первого полоска и начало второго полоска соединены между собой, причем структуры расположены вне пространства между линиями передачи, а непланарные соединения осуществлены перемычками, причем между линиями передачи может быть введена боковая электромагнитная связь.

На фиг. 1 и 2 изображены варианты топологии предложенного полоскового ответвителя.

Полосковый ответвитель (см. фиг. 1) содержит две линии передачи 1 (например, две 50-омные микрополосковые линии между плечами 2 и 3 и плечами 4 и 5), связанные между собой структурами (например, одна центральная и две боковые структуры), расположенными на расстоянии четверти длины волны одна от другой, причем каждая структура выполнена в виде двух изогнутых полосков, связанных боковой электромагнитной связью (например, электромагнитная связь 10 дБ для микрополосков боковых структур с 105-омным четным импедансом и электромагнитная связь 15 дБ для микрополосков центральной структуры с 61-омным четным импедансом), при этом конец первого полоска и начало второго полоска (обозначены 6) соединены между собой, а начало первого полоска и конец второго полоска (обозначены 7) соединены с линиями передачи соответственно, причем структуры расположены вне пространства между линиями передачи, а непланарные соединения осуществлены перемычками 8 (например, навесными перемычками из металлической фольги). Топология устройства реализована, например, на подложке толщиной 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью 9,6 с нанесенным на обратную сторону подложки СВЧ-экраном.

Полосковый ответвитель (см. фиг. 2) содержит все те же элементы, но отличается тем, что между линиями передачи 1 введена боковая электромагнитная связь (например, сонаправленная связь 14 дБ).

Поступающая в плечо 2 мощность высокочастотного сигнала по линии передачи частично поступает в плечо 3, частично по структурам, соединяющим линии передачи, ответвляется в плечо 5. Соотношение мощностей, поступающих в плечи 3 и 5, например, 1:1 для устройства на фиг. 1 и, например, 0,25 0,75 для устройства на фиг. 2. Из-за расстояния в четверть длины волны между структурами плечо 4 оказывается электрически развязанным в рабочем диапазоне частот. Ввиду симметрии устройства аналогичная картина происходит и при подаче мощности в любое другое плечо.

Из-за распространения по связанным полоскам структур электромагнитных волн с малым фазовым сдвигом (меньшим 45 градусов, причем волны в связанных полосках идут в одном направлении), размеры ширин полосков и зазоров между ними у предложенного устройства соизмеримы с размерами ширин и зазоров для связанных линий с четным типом возбуждения волн, т.е. ширина полосков в структурах больше, чем ширина полосков в боковых шлейфах прототипа. В результате структуры имеют ширину полосков и зазоров, достаточную для беспрепятственной реализации в микрополосковом исполнении (например, для варианты на фиг. 1 ширина полосков для наиболее критичных боковых структур равна 0,28 мм, а ширина зазора между полосками 0,32 мм).

По сравнению с прототипом в указанном устройстве увеличена относительная ширина рабочей полосы частот. Во-первых, возможность реализации более чем трехструктурных ответвителей увеличивает и ширину полосы, пропорциональную количеству структур. Во-вторых, трехструктурный вариант устройства имеет даже по отношению к трехшлейфному варианту ширину полосы на 4% большую (т.е. относительную рабочую полосу частот 47% при КСВН<1,5 (у трехшлейфного 43%).

Благодаря наличию перемычек структуры могут располагаться на топологии вне пространства между двумя линиями передачи (см. фиг. 1 и фиг. 2), что позволяет сблизить линии передачи вплоть до введения боковой электромагнитной связи (см. фиг. 2), в результате чего исчезает не используемая полезно площадь подложки, заключенная между двумя линиями передачи.

Из-за уменьшения не используемой полезно площади подложки, из-за уменьшения поперечных размеров топологии ввиду сближения линий передачи, из-за того, что связанные полосковые линии занимают меньшую площадь (величина зазоров между связанными полосковыми линиями меньше, чем между несвязанными), в итоге в 4.4,5 раза уменьшается (по сравнению с прототипом) занимаемая предложенным устройством площадь подложки.

Также достоинством предложенного устройства является возможность введения боковой электромагнитной связи между линиями передачи, что позволяет не только максимально сблизить линии с целью экономии занимаемой площади подложки, но и влиять на перераспределение мощностей между выходными плечами. Для устройства, изображенного на фиг. 2, из-за этого можно перекачать из одной линии передачи в другую более половины мощности (т.е. связь сильнее 3 дБ), что очень трудно достичь не только в шлейфных, но и в обычных направленных ответвителях, и что иллюстрирует потенциальные возможности конструкции.

Кроме того, у предложенного устройства структуры, имеющие ту же общую длину, что и шлейф, имеют более компактную конфигурацию по сравнению с шлейфами. Поэтому и топология предложенного устройства имеет в итоге более компактную конфигурацию (см. фиг. 1 и 2). Ортогональный характер топологии (т. е. она составлена преимущественно из вертикальных и горизонтальных отрезков) согласуется с требованиями по машинному вводу топологий.

Дополнительным достоинством предложенного устройства является неограниченность количества структур, тогда как в полосковом шлейфном направленном ответвителе количество шлейфов ограничено технологически, так как величина волновых сопротивлений боковых шлейфов растет с ростом числа шлейфов, и уже для трех шлейфов их технологическая реализация затруднена (микрополоски шлейфов очень узкие).