высокостабильный микрополосковый конструктив

Формула изобретения

Высокостабильная микрополосковая конструкция, содержащая общую несущую плату, выполненную из одностороннего фольгированного материала, например стеклотекстолита, причем металлизированная сторона выполняет роль электромагнитного экрана и соединена с нулем вольт-питания, а на другой стороне платы размещены специализированные модули на отрезках микрополосковой линии (МПЛ), отличающаяся тем, что диэлектрическое основание каждого модуля МПЛ выполнено из высокостабильной керамики с диэлектрической проницаемостью не менее 70-80 единиц, а нижняя часть диэлектрического основания каждого модуля МПЛ заключена в дополнительный электромагнитный экран и также соединена с нулем вольт-питания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронной технике, в частности к устройствам СВЧ, и может быть использовано при конструировании высокостабильных фильтров различного назначения, резонаторов, согласующих и развязывающих устройств и т. д. Предпочтительнее использовать в аэрологии, авиации и космонавтике, где требуются низкие габаритно-массовые характеристики (ГМХ) при высоких точностных и эксплуатационных. Также может быть использовано в устройствах мобильной связи, например, сотовых телефонах, переносных радиостанциях.

Известны фильтры на объемных диэлектрических резонаторах, которые представляют собой полосковый проводник, ограниченный со всех сторон прямоугольным экраном. Его структуру можно рассматривать как волновод, частично заполненный диэлектриком. Диэлектрические резонаторы могут иметь различную форму: прямоугольную, цилиндрическую, дисковую, однако наибольшее распространение получили цилиндрические, благодаря высокой технологичности, см. "Микроэлектронные устройства СВЧ" под ред. Г.И. Васильева, М., Высшая школа, 1998, стр.52-53, 98-99.

Недостатком данных резонаторов при всех их положительных качествах (высокая добротность и технологичность) являются: высокие уровни помех и паразитных связей, высокие ГМХ, низкая температурная стабильность, а также ограниченная область применения, т.е. в основном только для СВЧ-фильтров.

Известны керамические резонаторы коаксиального типа, применяемые в системах стабилизации частоты генераторов, работающих в диапазоне частот 300-4500 МГц, т. е. в мобильных радиотелефонах, переносных радиостанциях, системах дистанционного управления и пр. Эти резонаторы выпускаются двух типов: дисковый и прямоугольный, см. Каталог 2000, "Высокочастотные керамические материалы и микроволновые элементы", Россия, С-Петербург, 2000, стр.18-19.

Недостатком данных резонаторов являются следующие: большие габариты при генерировании малых частот (<300 МГц), невозможность подстройки собственно резонатора в готовой сборке, плохая совместимость с МПЛ, высокий уровень помех, все параметры гарантируются для диапазона температур плюс 25-55^oС, а вне выхода этого диапазона параметры резко ухудшаются.

Известны устройства (схемы) на микрополосковых линиях (МПЛ). Основу таких схем составляют отрезки МПЛ в виде тонких слоев металла, нанесенных на листы диэлектрика (подложки) с диэлектрической проницаемостью порядка 10 ед. На МПЛ создаются различные типы устройств СВЧ: различные фильтры, ответвители, делители, сумматоры и т.д., в основном для пассивных устройств СВЧ, см. "Справочник по элементам полосковой техники", под ред. А.Л. Фельдштейна, М., Связь, 1979 - прототип.

Общими недостатками прототипа (на традиционных МПЛ), выполненного по классическому конструктиву с общей несущей подложкой, являются следующие: наличие паразитных полос пропускания, вызванных разностью фазовых скоростей четного и нечетного типов колебаний, наличие паразитного излучения с разомкнутых концов резонаторов, что приводит к положительной обратной связи между отдельными отрезками МПЛ, что значительно ухудшает качество работы.

Технической задачей изобретения являются снижение ГМХ, резкое повышение точностных характеристик в условиях воздействия дестабилизирующих факторов, например, больших колебаниях температур, снижение почти до нулевой величины электромагнитных помех.

Указанная цель достигается следующим образом: предлагается высокостабильный микрополосковый конструктив, содержащий общую несущую плату, расположенные на ней специализированные модули, выполненные на отрезках МПЛ, причем каждый модуль МПЛ расположен на отдельном диэлектрическом основании, а расположение модулей и других ЭРЭ на общей несущей плате (топология) определяется конкретным схемным решением и назначением данного конструктива, общая несущая плата выполнена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита, причем металлизированная сторона выполняет роль электромагнитного экрана и соединена с нулем вольт-конструктива, а на другой стороне платы размещаются специализированные модули МПЛ; диэлектрическое основание каждого модуля МПЛ выполнено из высокостабильной керамики с диэлектрической проницаемостью не менее 70-8 ед., например, из материала ТБНС-Р-80; нижняя часть диэлектрического основания каждого модуля МПЛ заключена в электромагнитный экран, выполненный, например, в виде швеллера, и соединена также с нулем вольт-конструктива.

На чертежах изображены условные виды конструктивов. На фиг.1 - полосно-пропускающий фильтр с параллельно-связанными резонаторами, на фиг.2 - резонаторы для СВЧ-приемника (передатчика), на фиг.3 - общий вид модуля МПЛ и части конструктива, на фиг.4 - поперечный разрез конструктива, на которых изображено: 1 - несущая плата, 2 и 3 - прямоугольный МПЛ, 4 и 5 - диэлектрические основания, 6 - проходной навесной конденсатор, 7 - печатный проводник, 8, 9 и 10 - подковообразные МПЛ, 11, 12 и 13 - диэлектрические основания.

Каждая МПЛ 2 и 3 выполнена в виде прямоугольника из токопроводящего материала, например серебра или оловенированной меди, осаждена на диэлектрическое основание (подложку) 4 и 5, соответственно, которое имеет высокую температурную стабильность и диэлектрическую проницаемость не менее 60 ед. Указанное диэлектрическое основание имеет размеры по площади несколько больше площади МПЛ (для уменьшения так называемого "краевого эффекта"), а по высоте (толщине) - 1-2 мм. Снизу это основание имеет электромагнитный экран (например, из меди) в виде швеллера, нанесенный также методом осаждения.

Связь экрана модуля с экраном (фольгированной стороной) несущей платы конструктивно осуществляется путем сквозного выреза в несущей плате по размеру модуля, который вставляется в этот вырез заподлицо с фольгированной поверхностью и запаивается экран модуля с фольгированной стороной вместе стыков.

Входной СВЧ сигнал U_вх подается на МПЛ 2 через проходной конденсатор 6, закрепленный на несущей плате 1 навесным монтажом. Каждая МПЛ 2 и 3 вместе со своим диэлектрическим основанием образует фильтр. Выход МПЛ 3 через печатный проводник 7 (соединение посредством навесного монтажа) является выходом данного конструктива (см. фиг.1).

Конструктив на фиг.2 аналогичен описанному выше, только на нем показано три резонатора, МПЛ которых выполнены в виде подковы для уменьшения размеров и потерь СВЧ энергии, а по электрическим показателям, также по способу изготовления и крепления ничем не отличается от конструктива, изображенного на фиг.1.

Предлагаемый конструктив предназначен для выполнения следующих задач:

создание микроминиатюрных полосно-пропускающих и полосно-заграждающих фильтров,

создание резонаторов для задающих каскадов гетеродинов и передатчиков,

создание удобных конструктивов для сочетания с конструкциями приемопередающих устройств, выполненных по МПЛ технологии,

создание миниатюрных радиоэлементов, например, индуктивности, емкости и т.д.

Предлагаемый конструктив позволяет: резко уменьшить ГМХ, ослабить паразитные связи между МПЛ - резонаторами через общую подложку, так как связь между резонаторами в данном конструктиве осуществляется только через пространство, получить более узкополосную АЧХ, не достижимую для фильтров на общей подложке, а именно 5-6% от центральной частоты фильтра, в несколько раз снизить габариты фильтров по сравнению с фильтрами на объемных резонаторах (которые, в основном, применяются сейчас) за счет разницы в собственных физических размерах (для одной частоты), резкого уменьшения габаритов экрана, в сущности фильтры на предлагаемом конструктиве не требуют объемного экрана, так как основная часть энергии колебаний концентрируется между МПЛ резонатором и заземляющей поверхностью подложки, упростить настройку, так как найти нужную точку (точки) отвода от МПЛ для заданной характеристики и припаяться к ней после ее нахождения очень легко, значительно снизить финансовые затраты.

Таким образом, данный конструктив полностью отвечает основному критерию: "стоимость-эффективность".