Микрополосковый ответвитель

-исследовательный институт ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(73) Нижегородский научноский приборостроитель(57) Использование: техника,СВЧ и миллиметровых волн, Сущность изобретения: направленный ответвитель содержитдиэлектрическую подложку 1, одна поверхность которой металлизирована, а на другойвыполнены подводящие проводники, диэлектрическую прокладку 6, на верхней поверхности которой выполнены проводники 7, 8,дополнительной секции связанных линий,1808152 АЗ На нижней поверхности диэлектрической прокладки 6 выполнены проводники 9,10 основной секции связанных линий, расположенные над проводниками 7,8. Зазор 11 между проводниками 7,8, и 9,10 выполнен больше толщины диэлектрической прокладки 6 в 2 - 2,5 раза, На внутренних кромках и в середине проводников - выполнены поперечные выступы 12 - 23 длиной меньше величины зазора. смещенные один относительно другого в парах проводников 7,8 и 9,10 на ширину выступов 12 - 23. Для осуществления перекрестных соединений диэлектрик под выступами 12 - 23 выбран. Концы проводников 7-10 с одной стороны снабжены контактными площадками 24 - 27, Диэлектрическая проницаемость прокладки 6 выбрана меньше диэлектрической проницаемости подложки 1. Между прокладкой 6 и подложкой 1 выполнен воздушный зазор 31 - 33 или расположен дополнительный слой с диэлектрической проницаемостью, меньшей диэлектрической проницаемости пластины. 4 з,п, ф-лы, 10 ил,в середине выполнены короткие выступы 12 - 17. На краях и в середине проводников 40 9,10 имеются выступы 18-23, Причем в каждый из этих пар встречных выступов на одной поверхности прокладки обеспеченосмещение выступов на расстояние, несколько большее ширины выступов, Смеще ны также выступы на проводниках, находящихся один под другим, Так, для про-. водников 7 и 9 смещены выступы 12 и 19, 14 и 21, 16 и 23, а для проводников 8 и 10 смещены выступы 13 и 18, 15 и 20, 17 и 22. 50 Однако не смещены выступы 12 и 18, 14 и 20, 16 и 22, 13 и 19, 15 и 21, 17 и 23 для диагонально расположенных проводников 7 и 10, 8 и 9. Верхние проводники 7 и 8 заканчиваются на одном конце расширен ными контактными площадками 24 и 25, а нижние проводники 9 и 10 на противоположном конце заканчиваются расширенными контактами площадками 26 и 27, Эти площадки 24-27 соединяются с соответствуИзобретение относится к технике СВЧ и может использоваться в качестве делителя мощности с развязанными выходами,Цель изобретения - уменьшение неравномерности переходного ослабления, увеличение направленности, улучшениесогласования, расширение полосы рабочихчастот, увеличение верхней частоты рабочего диапазона, уменьшение отклонения разности фаз от 90 между выходаминаправленного ответвителя, улучшение стабильности и повторяемости его характеристик,Сущность изобретения поясняется рисунками, где на фиг,1 дана конструкция микрополоскового ответвителя; на фиг.2 -нижняя сторона диэлектрической прокладки; на фиг,З - сечение А-А на фиг.1; на фиг.4- сечение В - В на фиг,1; на фиг.5 - сечение С - С на фиг,1; на фиг.6 - 8 - варианты выполнения воздушного зазора в ответвителе; нафиг,9 и 10 - распределение элеКтрических полей в основной секции связи.Микрополосковый ответвитель содержит подложку 1, на верхней поверхности которой нанесены проводники 2,3 и 4.5 подводящих линий. Диэлектрическая прокладка 6 находится над верхней поверхностью подложки 1, между свободными концами проводников 2,3 и 4,5, причем эта часть подложки свободна от металлизации, На верхнюю поверхность прокладки 6 нанесены два проводника 7,8, разделенных зазором 11. На нижнюю поверхность пленки 6 также нанесены два проводника 9,10, разделенные таким же по величине зазором, причемпроводники 7,8 и 9,10 находятся один под другим (фиг.З), На краях проводников 7,8 и 102025 30 35 ющими концами подводящих проводников 2 - 5. Выступы 14 и 20, 15 и 21 через выборку 29 в прокладке 6 соединяются между собой как показано на фиг,4 и 5, Также соединяются и выступы 12 и 18, 13 и 19, 16 и 22, 17 и 23 через выборки 28 и 30 в прокладке 6, Дополнительно прокладка 6 может быть приподнята над поверхностью подложки с зазором 31 с помощью фиксирующих прокладок 34,35 или за счет выборки 32 в подложке 1, или одновременно за счет подъема с помощью фиксирующих прокладок 34,35 и выборки 32 в подложке с образованием максимального зазора 33.Ответвитель работает следующим образом, Ввиду симметрии можно рассматривать подачу СВЧ сигнала с входа любого из четырех подводящих проводников, Допустим, мощность поступает на вход подводящей линии 3. Обычно пары подводящих линий представляют собой четвертьволновый отрезок связанных линий, причем симметрично.расположенных. Так, связанные подводящие линии 2,3 совершенно симметричны и идентичны связанным линиям 4,5. Совместно с секцией сильной связи, выполненной на прокладке 6, они образуют симметричный 3 дБ ответвитель. Секции из проводников 2,3 и 4,5(или еще дополнител ьные секции) необходимы для реализации 3 дБ НО в широкой полосе частот с перекрытием порядка 6:1 по частоте при сравнительно небольшой неравномерности (зависимости от частоты) переходного ослабления. Мощность со входа 3, подводится к проводнику 8 основной секции сильной связи, а небольшая часть ответвляется в связанную линию 2. В основной секции необходимо создать очень сильную связь линий (собственное переходное ослабление этой секции должно составлять примерно 1 - 1,5 дБ в зависимости от диапазона частот, количество вспомогательных секций), В заявляемом устройстве сильная связь обеспечивается тем, что проводник 7 соединен с проводником 10, а проводник 8 с проводником 9, находящимся на разных поверхностях диэлектрической пленки, через выступы 12 и 18, 13 и 19, 16 и 22, 17 и 23, через выборки 28,29,30 в прокладке 6. Согласно теории о двух фундаментальных волнах в связанных линиях - нечетной и четной, имеем следующее распределение электрических полей в проводниках основной секции (фиг,9 и 10). Ввиду коротких и достаточно широких выступов 12-23 осуществляется практически без потерь и безиндукционная связь проводников 7 и 10, 8 и 19, что играет решающую роль как для согласования, так и для обеспечения неравно510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 мерности переходного ослабления, близкой к расчетной. Выступы не пересекаются, не перехлестываются, не ухудшают характеристики переходного ослабления, Практически все поле сосредоточено в диэлектрике прокладке 6, эффективная диэлектрическая проницаемость Ьфоо нечетной волны в основном зависит от я 1 прокладки и частично от яг 2 подложки. Если еа щ 10, а ег 1 - 3, то влияние подложки немного возрастет, Устранить это влияние может введение зазора ЗЗ между прокладкой б и подложкой 1. Волновое сопротивление 2 оо определяется двойной шириной 2 Я проводников 7 - 10 (Я - ширина каждого проводника) и половиной толщины прокладки б.Для четной волны распределение поля полностью определяется проводниками и подложкой (поле не проникает в пленку, так как при таком возбуждении все проводники находятся под одним потенциалом). Выбором толщины подложки, расположением пленки над подложкой можно регулировать величину Ефо четной волны и величину волнового сопротивления Еое. Введение зазора 33 между прокладкой 6 и подложкой 1 существенно увеличивает величину Еое, что необходимо для осуществления весьма сильной связи линий и что сложно обеспечить другими способами. Это объясняется тем,.что зазор находится вблизи микрополосковых проводников, где наибольшая напряженность электрического поля и его эффект на увеличение Еое даже при небольшом зазоре значительно выше, чем если бы увеличилась просто толщина подложки 1,В секции сильной связи больше половины мощности из проводников 8 и 9 перекачивается в линию с проводниками 7 и 10. Далее в секции связанных линий из. подводящих проводников 4 и 5 мощность частично перераспределяется за счет связи в этой секции и создается за счет этих секций связи из проводников 4 и 5, 2 и 3 волнообразное изменение переходного ослабления в широкой полосе частот и с малым волнообразным изменением, в целом обеспечивая большую широкополосность, В ответвителе ответвление энергии (соответствующее переходному ослаблению ответвителя) за счет электромагнитной связи обеспечивается на выходе подводящей линии 2, В обычном ответвителе остальная мощность должна выйти на выходе 5 подводящей линии, Однако благодаря соединению проводников 7 и 10, , 8 и 9 подиагонально, направление остальной энергии "перебрасывается" на выход подводящего проводника 4. Это важно для многих случаев использования, так как ответвленная и проходящая части мощности отводятся в одну сторону ответвителя (в тандемных схемах это необходимо), Благодаря практически полной симметрии относительно середины ответвителя разность фаз сигналов на выходах проводников 2 и 4 составляет 90 во всей полосе частот, отклонение не превосходит+(2 - 3)".Выполнение перехода к подводящим линиям производится с помощью расширенных контактных площадок 24 и 25, 26 и 27, Так как необходимое соединение проводников 7 и 10, 8 и 9 выполнено короткими выступами 12 - 23, то оказывается, что контактная площадка 24 электрически связана с площадкой 27, а площадка 25 - с площадкой 26. Контактные площадки обеспечивают практически без потерь и без дополнительной индуктивности подключение проводников основной секции к вспомогательным проводникам 2 - 5, а, как было выше указано, контакт площадки 24 с 27 и площадки 25 с 26 обеспечивает необходимую "переброску" проводников, соединяя в целом входную линию 3 с линией 4 (передача мощности на проход) и через переходное ослабление электромагнитную связь с линией 2 (передача мощности через переходное ослабление). Выход мощностей осуществляется с одной стороны (относительно горизонтальной осевой линии) ответвителя.Таким образом, короткие выступы 12- 23 и контактные площадки 24 - 27 создают практически идеальную реализацию подиагонального соединения проводников 7- 10 и 8-9 и соединения их затем наиболее удобным и оптимальным способом (осуществляя при этом отмеченную выше исключительно важную для практического использования "переброску" выходов по одну сторону 3 дБ НО относительно горизонтальной оси), При этом создается несколькопреимуществ:- исключается искажение характеристики переходного ослабления;- существенно уменьшается рассогласование;- уменьшаются потери мощности из-заобычных потерь в перемычках, особенно перекрестных;- обеспечивается практически идеальная. симметрия в целом и, как результат,практически идеальное сохранение разно сти фаз 90 между выходными сигналами вовсей полосе частот,Рассмотрим возможности, представляемые выбором диэлектрической проницаемости я 1 прокладки б меньше ка подложки1 и введением зазора 31 (или 32,33) междупрокладкой и подложкой, Как было отмече 1808152но выше, в заявляемом устройстве диэлектрическая проницаемость Ь 1 прокладки выбирается меньше диэлектрическойпроницаемости яа подложки, и это являет-.ся принципиальным моментом, В известном ответвителе Ланге для нечетной волныобразуется структура четырех или шести узких проводников на поверхности подложки,свлзанных через узкие зазоры. При этомОбразуетсл чисто планарная конфигурация, 10для которой эффективная диэлектрическаяюг+1и роницаемость Ьфоо =( ег - диэлект 2рическал проницаемость подложки). Она неподдается регулировке, изменению, При 15этом эффективная диэлектрическая прониЦаЕМОСТЬ ЧЕТНой ВОЛНЫ Язфое ОбЫЧНО СТаНОвитсл ил и выше, чем езфоо (обычно длячетырехстержневой структуры) или нижезфоо (для шестистержневой структры), когда снимается металлизация на нижней по-верхности подложки для секции сильнойсвязи, В последнем случае (шестистержневал структура), когда еще как-то возможнореализовать трехсекционный 3 дБ НО, зфоеменьше езфое на 30-40, что недопустимоиз-за существенно разницы фазовых скоростей четной или нечетной волн, Это отражается в первуо очередь на величиненаправленности, которая резко падает наверхних участках диапазонов частот,В заявляемой конструкции, выбрав г 1прокладки меньше еа подложки, легко создать ситуацию, когда, например, яг 1 = 3 иГзфоо = Ег 1, а г 1 ри бг 2 =1 0 (поли кар, керамика)юг+1МОЖНО СДЕЛаТЬ Язфее ( 2 раЗНЫМИ СПОсобами, Один из них известный - исключение металлизации на никней поверхностиподложки, выполнение выборки в основании корпуса. Однако если требуется выполнение 3 дБ в полосе частот ч перекрытием,например 9;1, необходимо иметь не менее 5секций связи, а в секции сильной связи величина Еое 240 Ом и для этого по известному способу надо выборку в корпусесделать значительную, которая внесет большую неоднородность скачкообраэного изменения высоты в корпусе, В заявляемомустройстве зазор 31 легко обеспечивает 50данное требование обеспечения большогозначения 7 пе, так как зазор находится близко от самих проводников, где напряженность электрического поля у проводниковмаксимальна, и уже небольшой зазор резко 55меняет величину 7 ое, а также существенноснижает величину язфое так, что ее легкоподобрать равной величине езфоо. Приэтом создаются условия для существенного увеличения направленности во всей широкой полосе частот. Одновременное обеспечение подъема пленки над поверхностью подложки и выборка в верхней поверхности подложки обеспечивает максимальные возможности выбора величины Еое и подбора значения ГэфоеНа основании заявляемой конструкции разработаны макеты квадратурных микро- полосковых 3 дБ направленных ответвителей. В диапазоне частот 3 (4) - 18(20) Гц получена неравномерность переходного ослабления ч-О,б дБ (при расчетном значении +0,5 дБ), развязка 20 дБ, КСВ менее 1,5 - 1,6 до 18 ГГц, разность фаз (90+5) во всем диапазоне частот,Формула изобретения 1, Микрополосковый ответвитель, содержащий диэлектрическую подложку, одна поверхность которой металлизирована, а на другой поверхности выполнены подводящие проводники, диэлектрическую прокладку, располокенную над диэлектрической подлоккой со стороны подводящих проводников, и на внешней поверхности которой размещена пара проводников дополнительной секции связанных линий. и пару проводников основной секции связанных линий, расположенных под проводниками дополнительной секции связанных линий, а концы которых соединены накрест с концами проводников дополнительной секции связанных линий, о т л и ч а ю щ и й с я тем. что, с целью уменьшения неравномерности переходного ослабления, увеличения направленности и улучшения согласования, проводники основной секции связанных линий размещены на поверхности диэлектрической прокладки, обращенной к диэлектрической подложке, зазор между проводниками основной и дополнительной секций связанных линий соответственно выполнен больше толщины диэлектрической прокладки в 2 - 2,5 раза, на внутренней кромке на краях каждого проводника основной и дополнительной секций связанных линий выполнены поперечные выступы длиной меньше величины зазора и смещенные один относительно другого в каждой паре проводников на расстояние, равное ширине выступов, при этом проводники основной и дополнительной секций связанных линий перекрестно соединены между собой посредством выступов через выборки, в диэлектрической прокладке. а одни из концов проводников основной и дополнительной секций связанных линий снабжены контактными площадками. соединенными с(Риб Составитель Р.СтародубровскийТехред М,Моргентал Корректор Е,Пап акто кова Тираж Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГК Т Г.(ХР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбина аказ 1401 ВНИИПИ Госу тент", г, Ужгород. ул.Гагарина О