Новые соединители СВЧ-устройств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Новые соединители СВЧ - устройств

Кирсанов Ю.А.

Аннотация

Приведены конструктивные схемы и принцип действия двух типов соединителей СВЧ - устройств: микрополосковый и волноводно - коаксиальный. По сравнению с известными соединителями предлагаемые имеют не только лучше электрические параметры, но и более простую конструкцию и настройку.

1. Соединитель микрополосковых СВЧ - устройств [1]

микрополосковый соединитель устройство СВЧ

Использование: техника СВЧ.

Сущность изобретения: соединитель содержит металлическое основание, на котором расположены две одинаковой толщины диэлектрические подложки с токонесущими проводниками. Токонесущие проводники соединены металлической перемычкой. Расстояние от металлического основания до металлической перемычки, расположенной между торцевыми поверхностями диэлектрических подложек, меньше толщины диэлектрической подложки. Расстояние между диэлектрическими подложками выбирается из интервала л/10 - л/4, где л - средняя длина рабочего диапазона длин волн в свободном пространстве. 2 ил.

Описание изобретения

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано при соединении и настройки микрополосковых СВЧ - устройств в активных приемопередающих системах СВЧ, а также в пассивных фильтрующих и распределительных СВЧ - устройствах, имеющих гибридно - интегральное исполнение.

Известен соединитель микрополосковых СВЧ - устойств, содержащий диэлектрические подложки, располженные на одном металлическом основании, и токонесущие проводники, соединенные металлической перемычкой, имеющей выпуклую форму [2].

Недостатком известного соединителя является рассогласование соединяемых СВЧ - устройств и увеличение электромагнитных потерь из - за увеличения волнового сопротивления и излучения СВЧ - линии, образованной металлической перемычкой, имеющей выпуклую форму.

Известно устройство, содержащее металлическую пластину, диэлектрическую подложку и токонесущий микрополосковый проводник [3]. Известное устройство позволяет производить настройку микрополосковых СВЧ - устройств за счет изменения расстояния между токонесущим проводником микрополосковой линии и металлической пластиной, расположенной со стороны поверхности диэлектрической поджложки, на которой расположен токонесущий проводник.

Недостатком устройства является малоэффективность настройки микрополосковых СВЧ - устройств, обусловленная экранировкой металлическим замыкателем сравнительно слабого краевого поля.

Наиболее близким устройством к описываемому изобретению является соединитель микрополосковых СВЧ - устройств, содержащий металлический экран, на котором расположены на расстоянии одна от другой две диэлектрических подложки одинаковой толщины с токонесущими проводниками, соединенными между собой металлической перемычкой [4].

Недостатком известного соединителя является низкий коэффициент передачи между соединяемыми микрополосковыми СВЧ - устройствами, который связан со скачком волноводного сопротивления между соединяемыми микрополосковыми СВЧ - устройствами и излучением СВЧ - линии, образованной металлической перемычкой и металлическим основанием,, за счет зазора между торцевыми поверхностями диэлектрических подложек и выпуклой формы, соединяющей перемычки, находящейся в плоскости расположения токонесущих проводников.

Цель изобретения - увеличение коэффициента передачи между соединяемыми микрополосковыми СВЧ - устройствами.

Сущность изобретения заключается в том, что в соединителе микрополсковых СВЧ - устройств, содержащем металлический экран, на котором расположены на расстоянии одна от другой две диэлектрических подложки одинаковой толщины с токонесущими проводниками, соединенными между собой металлической перемычкой, расстояние от металлического экрана до металлической перемычки, расположенной между торцевыми поверхностями диэлектрических подложек, меньше толщины диэлектрических подложек, а расстояние между диэлектрическими подложками выбрано в интервале л/10 - л/4, где л - средняя длина рабочего диапазона длин волн в свободном пространстве.

Увеличение коэффициента передачи между соединяемыми СВЧ - устройствами связано с обеспечением согласования между устройствами путём выбора волнового сопротивления СВЧ - линии, образованной металлической перемычкой и металлическим экраном, равным входному сопротивлению соединяемых микрополосковых СВЧ - устройств. Это достигается за счет выбора расстояния от металлического экрана до металлической перемычки, расположенной между торцевыми поверхностями диэлектрических подложек, менее толщины диэлектрической подложки, а также за счет выбора расстояния торцевыми поверхностями диэлектрических подложек из интервала л/10 - л/4.

При этом приближение к максимальному коэффициенту передачи между соединительными микрополосковыми СВЧ - устройствами достигается при величине расстояния между металлическим экраном и металлической перемычки менее t, (t - толщина диэлектрических подложек) так как, при данном расстоянии волновое сопротивление СВЧ - линии, образованной металлической перемычкой и металлическим экраном, близко волновому сопротивлению соединяемых токонесущих проводников. Указанный интервал расстояния л/10 - л/4 между торцевыми поверхностями диэлектрических подложек позволяет в широких пределах согласовать реактивные составляющие входных сопротивлений соединяемых микрополосковых СВЧ - устройств.

При величине расстояния между торцевыми поверхностями диэлектрических подложек более л/4 происходит увеличение электромагнитных потерь за счет увеличения длины линии, образованной металлической перемычкой и металлическим экраном, имеющей повышенные по сравнению с несимметричной микрополосковой линией, выполненной на диэлектрической подложке, поля рассеяния.

Если расстояние между торцевыми поверхностями диэлектрических подложек микрополосковых линий составляет менее л/10, то соединяющая перемычка представляет сосредоточенный элемент, что ограничивает диапазон регулировки волнового сопротивления и, следовательно, не позволяет достичь максимального уровня коэффициента передачи между соединяемыми микрополосковыми СВЧ - устройствами. Кроме того, при малых расстояниях (менее л/10) между торцевыми поверхностями диэлектрических подложек возникают технологические трудности по регулировке изгиба перемычки.

На фиг. 1 представлен продольный разрез соединителя микрополосковых СВЧ - устройств; на фиг. 2 - то же, вид сверху.

Соединитель микрополосковых СВЧ - устройств содержит металлический экран 1, на котором расположены две одинаковой толщины диэлектрические подложки 2, 3. На этих подложках расположены токонесущие проводники 4, 5, концы 6, 7 которых соединены металлической перемычкой 8. Расстояние от металлического экрана 1 до металлической перемычки 8, расположенной между торцевыми поверхностями диэлектрических подложек 2, 3, менее их толщины. Расстояние между диэлектрическими подложками 2, 3 выбирается из интервала л/10 - л/4. При расстоянии между металлическим экраном 1 и металлической перемычки 8 менее t коэффициент передачи между соединяемыми микрополосковыми СВЧ - устройствами близко к максимальной величине.

Соединитель работает следующим образом.

При возбуждении одного из токонесущих проводников 4 СВЧ - сигнал распространяется через металлическую перемычку 8. За счет выбора расстояния между металлическим экраном 1 и токонесущим проводником 8 менее толщины диэлектрической подложки 2 обеспечивается согласование входных сопротивлений соединяемых микрополосковых СВЧ - устройств. Если расстояние между металлическим экраном 1 и металлической перемычкой 8 менее t , коэффициент передачи между соединяемыми микрополосковыми СВЧ - устройствами близок к максимальной величине. Выбор расстояния между диэлектрическими подложками 2 и 3 из интервала л/10 - л/4 позволяет компенсировать не только активную, но и реактивную составляющие входного импеданса соединяемых микрополосковых СВЧ - устройств. Согласование входного импеданса микрополосковых устройств обеспечивает передачу СВЧ - сигнала через металлическую перемычку 8 практически без отражения.

Таким образом, соединитель микрополосковых СВЧ - устройств обеспечивает высокий коэффициент передачи между соединяемыми микрополосковыми СВЧ - устройствами.

Формула изобретения

Соединитель микрополосковых СВЧ - устройств, содержащий металлический экран, на котором расположены на расстоянии одна от другой две диэлектрические подложки одинаковой толщины с токонесущими проводниками, соединенными между собой металлической перемычкой, отличающийся тем, что расстояние от металлического экрана до металлической перемычки, которая расположена между торцевыми поверхностями диэлектрических подложек, меньше толщины диэлектрических подложек, а расстояние между диэлектрическими подложками выбрано в интервале л/10 - л/4 , где л - средняя длина рабочего диапазона длин волн в свободном пространстве.

2. Соосный волноводно-микрополосковый СВЧ - соединитель [5]

Суть изобретения

Изобретение относится к технике СВЧ.

Цель изобретения - упрощение конструкции, настройки и уменьшение электромагнитных потерь. Переход содержит отрезок прямоугольного волновода (ОПВ) 1, на одном конце которого размещен короткозамыкатель 2, отрезок микрополосковой линии (ОМЛ) 3, конец токонесущего проводника которой введён в ОПВ 1 через отверстие в короткозамыкателе 2, трансформирующий элемент, установленный большим основанием на одной из широких стенок ОПВ 1, меньшее основание трансформирующего элемента соединено с токонесущим проводником ОМЛ 3, при этом трансформирующий элемент выполнен в виде усеченного конуса, а элемент настройки - в виде металлического поршня, расположенного с возможностью продольного перемещения в отверстии, выполненном в широкой стенке ОПВ 1 соосно с усеченным конусом, причем диаметры D поршня и большого основания конуса, диаметр d меньшего основания конуса и расстояние L от короткозамыкателя 2 до оси конуса выбраны из соотношений: D = л_в/2; d = W; L = D/2, где л_в - средняя длина волны в ОПВ 1; W - ширина токонесущего проводника ОМЛ 3. Соосное расположение трансформирующего элемента и поршня, имеющего возможность перемещения, и указанное соотношение их радиусов позволяют упростить настройку и снизить потери. 2 ил.

Описание изобретения

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в качестве соединительного устройства между приборами СВЧ, выполненными на разнотипных линиях передачи.

Известен соосный волноводно - микрополосковый переход, содержащий отрезок волновода, вдоль которого расположена диэлектрическая пластина. Противоположные поверхности платины частично металлизированы, причем металлизация с одной поверхности пластины переходит в экранную плоскость микрополосковой линии, а с противоположной - в токонесущий проводник микрополосковой линии.

Недостатками указанного волноводно - микрополоскового перехода являются сложность конструктивного исполнения и сравнительно высокий уровень электромагнитных потерь.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является соосный волноводно - микрополосковый переход, содержащий отрезок прямоугольного волновода, на одном конце которого размещен короткозамыкатель, отрезок микрополосковой линии, конец токонесущего проводника которой введен в отрезок прямоугольного волновода через отверстие в короткозамыкателе и соединен с меньшим основанием трансформирующего элемента, установленного большим основанием на одной из широких стенок прямоугольного волновода. и элемент настройки.

Однако известное устройство характеризуется сложностью конструкции и настройки, а также высоким уровнем электромагнитных потерь.

Цель изобретения - упрощение конструкции и настройки, а также снижение электромагнитных потерь.

Поставленная цель достигается тем , что в соосном волноводно - микрополсковом переходе , содержащем отрезок прямоугольного волновода, на одном конце которого размещен короткозамыкатель, отрезок микрополосковой линии, конец токонесущего проводника которой введен в отрезок прямоугольного волновода через отверстие в короткозамыкателе и соединен с меньшим основанием трансформирующего элемента, установленного большим основанием на одной из широки стенок прямоугольного волновода, и элемент настройки. Трансформирующий элемент выполнен в виде усеченного конуса, а элемент настройки - в виде металлического поршня, расположенного с возможностью продольного перемещения в отверстии, выполненном в другой широкой стенке отрезка прямоугольного волновода и соосно с усеченным конусом, причем диаметры D металлического поршня и большого основания усеченного конуса, диаметр d меньшего основания усеченного конуса и расстояние L от короткозамыкателя до оси усеченного конуса выбран из соотношений:

D = л_в/2; d = W; L = D/2,

где л_в - средняя рабочая длина волны в отрезке прямоугольного волновода;

W - ширина токонесущего проводника отрезка микрополосковой линии.

Упрощение конструкции и настройки перехода связано с изменением конструкции и формы трансформирующего элемента, т.е. за счет выполнения трансформирующего элемента в виде усеченного конуса, а элемента настройки - в виде металлического поршня, расположенного с возможностью продольного перемещения в отверстии, выполненном в другой стенке отрезка прямоугольного волновода и соосно с усеченным конусом. Уменьшение электромагнитных потерь обусловлено согласованием структуры СВЧ - поля в микрополосковой линии и в трансформирующем элементе за счет размещения конической поверхности трансформирующего элемента над торцом металлического поршня, расположенного соосно с конусом, сильной электромагнитной связью трансформирующего элемента с микрополосковой линией за счет гальванической связи между малым основанием конуса и токонесущим проводником микрополосковой линии, а также обеспечением высокого коэффициента трансформации и слабой его дисперсии при согласовании импеданса отрезка волновода с импедансом микрополосковой линии за счет соосного расположения металлического поршня и конуса и возможности перемещения поршня вдоль своей оси.

При величине зазора между торцом металлического поршня и меньшим основанием конуса, не соответствующей условию обеспечения последовательного резонанса, происходит увеличение электромагнитных потерь из-за слабой связи отрезка волновода с микрополосковой линией и преобразования значительной части энергии волноводного типа волны Н₁₀ в высшие типы волн.

При невыполнении следующих соотношений: D = л_в/2; d = W; L = D/2, происходит увеличение электромагнитных потерь из-за рассогласования волноводной и микрополосковой линий передачи.

При D ? л_в/2 и L ? D/2

рассогласование обусловлено расфазировкой волн, отраженных от трансформирующего элемента на величину, не равную 180⁰.

При d ? W

рассогласование связано с наличием в трансформирующем элементе паразитных реактивностей.

При отсутствии гальванического контакта между большим основанием конуса и широкой стенкой волновода происходит увеличение электромагнитных потерь из-за уменьшения связи отрезка волновода с микрополсковой линией.

На фиг.1 представлен соосный волноводно - микрополосковый переход; на фиг. 2 - сечение А - А на фиг.1.

Соосный волноводно - микрополосковый переход содержит отрезок прямоугольного волновода 1, короткозамыкатель 2 и отрезок микрополосковой линии 3 с токонесущим проводником 4 и диэлектрической подложкой 5. Конец токонесущего проводника 4 введён в волновод через отверстие 6 в короткозамыкателе 2 и соединен с меньшим основанием трансформирующего элемента 7, выполненного в виде конуса. Элемент настройки выполнен в виде металлического поршня 8. Большое основание конуса установлено на одной из широких стенок волновода 1 . Металлический поршень 8 расположен соосно с усеченным конусом 7 и имеет возможность перемещения вдоль своей оси.

Соосный волноводно - микрополосковый переход работает следующим образом.

При возбуждении отрезка волновода 1 энергия электромагнитной волны волноводного типа Н₁₀ из-за последовательного резонанса в контуре, образованном металлическим конусом 7 и зазором Z между конусом 7 и поршнем 8, активно концентрируется в указанном зазоре. Гальваническая связь конца токонесущего проводника 4 и микрополсковой линии 3 с малым основанием конуса 7, а также близость металлического поршня 8 и конуса 7 к микрополосковой линии 3 позволяет обеспечить сильную электромагнитную связь отрезка волновода с микрополсковой линией 3. Адекватность структуры полей в последовательном контуре и рабочего типа волны (квази ТЕМ) в микрополсковой линии 3 позволяет преобразовать волну Н₁₀ в квази ТЕМ - волну с высоким коэффициентом передачи. Таким образом, локальное соосное расположение соосного металлического конуса 7 и металлического поршня 8, имеющего возможность перемещения, упрощает конструкцию и настройку СВЧ - перехода, а согласование структуры СВЧ - поля в контуре с полем в микрополосковой линии обуславливает уменьшение электромагнитных потерь преобразования волны типа Н₁₀ в квази - ТЕМ - волну.

Пример

Изготовлен соосный волноводно - микрополсковый переход, собранный на волноводе сечением 7,2 Х 3,4 мм² и микрополосковой линии на поликоровой подложке. Размеры конуса: D = 4,9 мм; d = 0,25 мм; h = 3,1 мм; Z = 0,12 мм; W = 0,25 мм; L = 2,45 мм. Уровень электромагнитных потерь такого перехода в полосе частот 6 Ггц не более 0,25 дБ.

Предлагаемы переход по сравнению с известным обеспечивает снижение уровня электромагнитных потерь на 0,25 - 0,35 дБ, упрощение конструкции и настройки, а также уменьшение габаритов на л_в/4.

Формула изобретения

Соосный волноводно - микрополосковый переход, содержащий отрезок прямоугольного волновода, на одном конце которого размещен короткозамыкатель, отрезок микрополосковой линии, конец токонесущего проводника которой введен в отрезок прямоугольного волновода через отверстие в короткозамыкателе и соединен с меньшим основанием трансформирующего элемента, установленного большим основанием на одной из широких стенок отрезка прямоугольного волновода, и элемент настройки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции, настройки и уменьшения электромагнитных потерь, трансформирующий элемент выполнен в виде усеченного конуса, а элемент настройки - в виде металлического поршня, расположенного с возможностью продольного перемещения в отверстии, выполненном в другой широкой стенке отрезка прямоугольного волновода и соосно с усеченным конусом, причем диаметры D металлического поршня и большого основания усеченного конуса, диаметр d меньшего основания усеченного конуса и расстояние L от короткозамыкателя до оси усеченного конуса выбраны из соотношений:

D = л_в/2; d = W; L = D/2,

где л_в - средняя рабочая длина волны в отрезке прямоугольного волновода;

W - ширина токонесущего проводника отрезка микропол

Литература

1 Кирсанов Ю.А. и др. « Соединитель микрополосковых СВЧ - устройств. » RU Патант № 2058628, Cl. 6 Н 01 Р 1/04, 1996 г.

1. Заявка Японии № 63 - 207204, кл. Н 01Р 3/08, 1988 г.

2. Патент Финляндии № 78580, кл. Н 01Р 7/08, 1989 г.

3. Заявка Японии № 63 - 65654, кл. Н 01Р 1/04, 1988 г.

4. Кирсанов Ю.А. и др. «Соосный волноводно - микрополосковый

5. СВЧ -переход.» Авторское свидетельство СССР, № 1716582 , Кл.

6. Н 01 Р 5/103, 1991г.

Размещено на Allbest.ru