Микрополосковая нагрузка

 

Изобретение относится к области техники СВЧ. Технический результат состоит в увеличении допустимой рассеиваемой мощности и в увеличении ширины рабочей полосы частот. Микрополосковая нагрузка содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположено заземляющее основание, а на другой стороне - пленочный резистор, подключенный одним концом к короткозамыкателю, а другим концом - к последовательно соединенным участкам микрополосковых линий, соединяющим пленочный резистор со входной микрополосковой линией, участки микрополосковых линий выполнены из слоя резистивного материала, ступенчато увеличивающегося по ширине по направлению от входной микрополосковой линии к пленочному резистору. В местах соединения участков микрополосковых линий между собой, соединения со входной микрополосковой линией, соединения с пленочным резистором на участки микрополосковых линий нанесены проводники, имеющие на наружных краях скругления, а на внутренних краях - выступы. Ширина слоя резистивного материала может быть выполнена изменяющейся через четверть длины волны, скругления могут иметь форму частей окружности, выступы соседних проводников могут быть выполнены соприкасающимися. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к технике сверхвысоких частот (СВЧ), и может быть использовано в радиолокации, радиосвязи и измерительной технике, преимущественно в качестве оконечной нагрузки.

Известен высокочастотный резистор, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположено заземляющее основание, а на другой стороне - резистивная пленка, имеющая форму полукольца, к внутренней дуге которого присоединена входная микрополосковая линия, а к внешней короткозамыкатель. Резистивная пленка разделена по концентрическим дугам на участки с различным удельным поверхностным сопротивлением, величина которого возрастает в направлении от внутреннего участка к внешнему (см. А.с. СССР N 664250, Н 01 Р 1/24, БИ N 19, 1979).

Недостатками указанного устройства являются: во-первых, малая допустимая рассеиваемая мощность (так как указанное устройство является сосредоточенным резистором); во-вторых, указанное устройство очень сложно в изготовлении (так как для каждой концентрической резистивной области приходится формировать пленку со своим значением удельного поверхностного сопротивления).

Известна микрополосковая нагрузка, содержащая диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположено заземляющее основание, а на другой стороне - тонкопленочный резистор, подключенный одним концом к короткозамыкателю, а другим концом - к входной микрополосковой линии. На тонкопленочный резистор нанесен дополнительный резистивный слой, удельное поверхностное сопротивление которого в четыре раза меньше удельного поверхностного сопротивления тонкопленочного резистора, а ширина экспоненциально убывает по направлению от входной микрополосковой линии к короткозамыкателю (см. А.с. СССР N 1156169, Н 01 Р 1/26, БИ N 18, 1985).

Недостатком указанного устройства является то, что оно сложно в изготовлении (так как нужно формировать резистивные участки с существенно (в четыре раза) разными удельными поверхностными сопротивлениями).

Известна взятая в качестве прототипа микрополосковая нагрузка, содержащая диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположено заземляющее основание, а на другой стороне сосредоточенный пленочный резистор, подключенный одним концом к короткозамыкателю, а другим концом - к последовательно соединенным участкам микрополосковых линий, соединяющим пленочный резистор со входной микрополосковой линией (см. А.с. СССР N 1443061, Н 01 Р 1/26, БИ N 45, 1988).

Недостатками указанного устройства являются: во-первых, малая допустимая рассеиваемая мощность в связи с малой площадью резистивного элемента; во-вторых, малая ширина рабочей полосы частот; в-третьих, возможность локального перегрева в местах соединения участков микрополосковой линии (из-за скачков ширины микрополосковой линии, вызывающей неоднородности распределения электромагнитного поля); в-четвертых, возможность электрического пробоя в местах соединения участков микрополосковой линии (из-за скачков ширины микрополосковой линии, вызывающей неоднородности распределения электромагнитного поля).

Решаемой технической задачей изобретения является, во-первых, увеличение допустимой рассеиваемой мощности; во-вторых, увеличение ширины рабочей полосы частот; в-третьих, устранение возможного локального перегрева в местах соединения участков микрополосковой линии; в-четвертых, устранение возможности электрического пробоя в местах соединения участков микрополосковой линии.

Решаемая техническая задача достигается за счет того, что в известной микрополосковой нагрузке, содержащей диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположено заземляющее основание, а на другой стороне - пленочный резистор, подключенный одним концом к короткозамыкателю, а другим концом - к последовательно соединенным участкам микрополосковых линий, соединяющим пленочный резистор со входной микрополосковой линией, введено выполнение участков микрополосковых линий из слоя резистивного материала, ступенчато увеличивающегося по ширине по направлению от входной микрополосковой линии к пленочному резистору, в местах соединения участков микрополосковых линий между собой, соединения со входной микрополосковой линией, соединения с пленочным резистором на участки микрополосковых линий нанесены проводники, имеющие на наружных краях скругления, а на внутренних краях - выступы. Ширина слоя резистивного материала может быть выполнена изменяющейся через четверть длины волны, скругления могут иметь форму частей окружности, выступы соседних проводников могут быть выполнены соприкасающимися.

На фиг.1 и фиг.2 изображены варианты конструкции предложенного устройства.

Микрополосковая нагрузка содержит диэлектрическую подложку 1 (например, поликоровую подложку толщиной 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью, равной 9,6), на одной стороне которой расположено заземляющее основание (не показано), а на другой стороне пленочный резистор 2 (например, 35-омный резистор из резистивного материала с удельным поверхностным сопротивлением 80 Oм/), подключенный одним концом к короткозамыкателю 3 (например, состоящему из контактной площадки и перемычки из медной фольги, соединяющих резистор 2 (через край подложки) с заземляющим основанием), а другим концом - к последовательно соединенным участкам 4 микрополосковых линий (например, два четвертьволновых участка микрополосковых линий), соединяющим пленочный резистор 2 со входной микрополосковой линией 5 (например, 50-омная микрополосковая линия, ширина которой равна 1 мм). Участки микрополосковых линий 4 выполнены из слоя резистивного материала (например, с удельным поверхностным сопротивлением 80 Oм/), ступенчато увеличивающегося по ширине по направлению от входной микрополосковой линии 5 к пленочному резистору 2, в местах соединения участков 4 микрополосковых линий между собой, соединения со входной микрополосковой линией 5, соединения с пленочным резистором 2 на участки 4 микрополосковых линий нанесены проводники 6, имеющие на наружных краях скругления 7, а на внутренних - выступы 8. Изменения ширины слоя резистивного материала могут происходить через четверть длины волны (например, ширины слоев резистивного материала двух четвертьволновых участков 4 микрополосковых линий (соответственно, по направлению от входной микрополосковой линии 5 к пленочному резистору 2) w'=1,3 мм, w''=1,6 мм таковы, что образуется двухступенчатый чебышевский трансформатор, причем длина каждого из участков равна, например, 5,5 мм (для центральной частоты 5 ГГц)), скругления 7 могут иметь форму частей окружности. В варианте конструкции устройства (см. фиг. 1) выступы 8 могут иметь треугольную форму. В варианте конструкции устройства (см.фиг.2) выступы 8 могут иметь трапециидальную форму, причем выступы соседних проводников соприкасаются (например, вершинами трапеций).

Поступившая во входную микрополосковую линию 5 предложенного устройства (см. фиг.1, фиг.2) мощность СВЧ-сигнала (например, с рабочей частотой 5 ГГц) на резистивном материале участков 4 микрополосковых линий и в пленочном резисторе 2 преобразуется в тепловую мощность.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве увеличена допустимая рассеиваемая мощность за счет того, что, во-первых, мощность СВЧ-сигнала преобразуется в тепловую как на резистивном материале участков 4 микрополосковых линий, так и на пленочном резисторе 2; во-вторых, ширина слоя резистивного материала и пленочного резистора увеличена по сравнению с шириной входной микрополосковой линии 5, что увеличивает площадь резистивного слоя, на котором происходит рассеивание мощности; в-третьих, выступы 8 регулируют распределение рассеиваемой мощности по длине устройства, делая, например, рассеивание мощности более равномерным по длине устройства (регулировку осуществляют, например, за счет изменения расстояния между выступами (фиг.1), ширины области соприкосновения выступов (фиг.2): чем меньше расстояние между выступами (фиг.1) или чем больше ширина области соприкосновения (фиг.2), тем меньше выделяемая на этом участке мощность).

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве увеличена ширина рабочей полосы частот, так как, во-первых, скругления 7 и выступы 8 плавно изменяют, соответственно, общую ширину устройства и ширину проводников, практически полностью устраняя неоднородности электрического поля, вызывающие отражения СВЧ-волн в области высоких частот рабочей полосы частот, во-вторых, отраженные СВЧ-волны гасятся резистивным материалом участков микрополосковых линий. Кроме того, изменения ширины слоя резистивного материала через четверть длины волны обеспечивают взаимокомпенсацию отраженных волн (приходящих на вход устройства в противофазе). В результате, обеспечено согласование (коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) менее 1,25) в широком диапазоне частот (от 1 до 9 ГГц (с наилучшим согласованием для центральной частоты 5 ГГц)).

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве устранена возможность локального перегрева в местах соединения участков 4 микрополосковой линии (как между собой, так и в местах соединения со входной микрополосковой линией 5 и с пленочным резистором 2), так как, во-первых, в этих местах на слой резистивного материала нанесены проводники 6 (препятствующие тепловыделению за счет высокой проводимости и улучшающие рассеивание тепла за счет высокой теплопроводности), во-вторых, скругления 7 плавно изменяют общую ширину устройства, не допуская неоднородностей электрического поля (в частности, вызывающих локальный перегрев локальных максимумов электрического поля), в-третьих, выступы 8 плавно меняют ширину проводников, не допуская неоднородностей электрического поля (в частности, вызывающих локальный перегрев локальных максимумов электрического поля).

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве устранена возможность электрического пробоя в местах соединения участков 4 микрополосковой линии (как между собой, так и в местах соединения со входной микрополосковой линией 5 и с пленочным резистором 2), так как, во-первых, скругления 7 плавно изменяют общую ширину устройства, не допуская неоднородностей электрического поля (в частности, вызывающих электрический пробой локальных максимумов электрического поля), во-вторых, выступы 8 плавно меняют ширину проводников, не допуская неоднородностей электрического поля (в частности, вызывающих локальный перегрев локальных максимумов электрического поля).

К достоинствам предложенного устройства следует отнести то, что выступы позволяют легко менять распределение рассеиваемой мощности по длине устройства (например, за счет удаления концов несоприкасающихся выступов или перерезая перемычку между соприкасающимися выступами; чем больше расстояние между выступами (фиг.1) или чем меньше ширина области соприкосновения (фиг. 2), тем больше выделяемая на этом участке мощность). При этом можно осуществить максимальное рассеивание на том участке, который расположен вблизи теплорассеивающего радиатора (например, боковая стенка металлического корпуса).

Кроме того, к достоинствам предложенного устройства следует отнести то, что выступы позволяют легко менять распределение рассеиваемой мощности по ширине (поперечной оси участков) устройства (например, за счет удаления концов несоприкасающихся выступов или перерезая перемычку между соприкасающимися выступами; чем больше расстояние между выступами (фиг.1) или чем меньше ширина области соприкосновения (фиг.2), тем больше выделяемая на этой части участка устройства мощность). При этом можно осуществить максимальное рассеивание на той части участка устройства, который расположен вблизи теплорассеивающего радиатора.

Также к достоинствам предложенного устройства следует отнести то, что предложенное устройство изготавливается в едином технологическом цикле с изготовлением СВЧ интегральной схемы, так как все резистивные участки предложенного устройства имеют одинаковое удельное поверхностное сопротивление.

Формула изобретения

1. Микрополосковая нагрузка, содержащая диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположено заземляющее основание, а на другой стороне - пленочный резистор, короткозамыкатель, резистивные и проводящие участки, при этом пленочный резистор подключен одним концом к короткозамыкателю, а другим концом - к последовательно соединенным резистивным и проводящим участкам, причем соединенным так, что они увеличиваются по ширине по направлению к пленочному резистору, отличающаяся тем, что содержит входную микрополосковую линию, подключенную к последовательно соединенным резистивным и проводящим участкам с противоположной по отношению к пленочному резистору стороны, резистивные участки выполнены в виде микрополосковых линий четвертьволновой длины и постоянной на всем участке ширины, изменяющейся ступенчато от участка к участку, проводящие участки имеют на наружных краях скругления, а на внутренних краях - выступы из проводящего материала.

2. Микрополосковая нагрузка по п.1, отличающаяся тем, что скругления имеют форму частей окружности.

3. Микрополосковая нагрузка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что выступы соседних проводящих участков выполнены соприкасающимися.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2