Скрещивание полосковых линий

 

Изобретение относится к области радиотехники, а точнее к технике сверхвысоких частот, и предназначено для ликвидации паразитной связи между скрещенными линиями передачи в диаграммообразующих схемах и других сложных устройствах СВЧ, содержащих различные элементы, соединенные полосковыми линиями передачи. Технический результат заключается в обеспечении развязки и согласования скрещенных полосковых линий на частотах сантиметрового диапазона длин волн. Особенностью скрещенных полосковых линий, выполненных в виде параллельного соединения двух одинаковых полосковых проводников, длина которых между точками скрещивания с полосковыми проводниками другой линии равна половине средней длины волны рабочего диапазона, является наличие воздушных полостей в диэлектрических подложках в местах пересечения полосковых проводников. Примыкающие к воздушной полости концы полоскового проводника первой полосковой линии соединены прямым отрезком проводника, а примыкающие к воздушной полости концы полоскового проводника второй полосковой линии соединены двумя параллельно включенными изогнутыми проводниками, один из которых расположен выше прямого отрезка полоскового проводника, а другой - ниже его и симметрично первому. Указанные признаки обеспечивают отсутствие высших типов волн и уменьшают емкостную связь между скрещенными проводниками. Согласование обеспечено согласующими элементами, которые в первой линии выполнены в виде отрезков суженных полосковых проводников на участках между воздушными полостями и между разветвлением полосковой линии и воздушной полостью, а во второй линии - в виде отрезков расширенных полосковых проводников на тех же участках. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, а точнее к технике сверхвысоких частот, и предназначено для ликвидации паразитной связи между скрещенными линиями передачи в диаграммообразующих схемах и других сложных устройствах СВЧ, содержащих различные элементы, соединенные полосковыми линиями передачи.

Известно диаграммообразующее устройство на высокодобротных полосковых линиях, в местах пересечения которых вырезаны окна в диэлектрической пластине и впаяны отрезки скрещенных коаксиальных кабелей [1] . Такая конструкция нетехнологична и не обеспечивает хорошего согласования уже в верхней части дециметрового диапазона длин волн. Пересечение коаксиальных линий квадратного сечения предложено в [2] , где центральные проводники линий заужены в месте пересечения и между ними вставлена металлическая пластина, замкнутая по углам на корпус. Аналогичное решение предложено в [3] , где ширина полосковых проводников плавно уменьшается при подходе к точке скрещивания, расстояние между ними плавно увеличивается, а между проводниками расположена экранирующая металлическая подставка седловидной формы, обеспечивающая симметричное расположение полосковых проводников относительно верхнего и нижнего экранов. Перечисленные выше конструкции обеспечивают развязку помещением экрана между пересекающимися линиями, которые в этом месте расположены в другой плоскости. Это обстоятельство усложняет использование этих конструкций в интегральных устройствах СВЧ, выполненных по печатной технологии. Известна только одна конструкция скрещенных полосковых линий [4] , предназначенная для устройств СВЧ, полосковые проводники которой выполнены печатной технологией. Эта конструкция содержит скрещенные полосковые проводники, расположенные несимметрично относительно экранов. Несимметричное расположение полосковых проводников приводит к тому, что в корпусе устройства на частотах сантиметрового диапазона длин волн кроме основной ТЕМ волны возбуждаются высшие типы волн, которые на резонансных частотах передают электромагнитную энергию из одной скрещенной линии в другую и создают резонансы на частотных характеристиках прямых потерь и отражения.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство скрещивания полосковых линий [4] , принятое за прототип. Прототип содержит скрещенные полосковые линии передачи, полосковый проводник каждой из которых выполнен в виде параллельного соединения двух одинаковых полосковых проводников, длина которых между точками скрещивания с полосковыми проводниками другой линии равна половине средней длины волны рабочего диапазона. Такая конфигурация полосковых проводников обеспечивает противофазное сложение в точках разветвления, ответвляемых во вторую линию ТЕМ волн и их взаимную компенсацию.

Недостатком прототипа является несимметричное расположение полосковых проводников относительно экранов полосковой линии передачи. Такое расположение приводит к тому, что в корпусе устройства на частотах сантиметрового диапазона длин волн кроме основной ТЕМ волны возбуждаются высшие типы волн, которые на резонансных частотах передают электромагнитную энергию из одной скрещенной линии в другую и создают резонансы на частотных характеристиках прямых потерь и отражения.

Техническим результатом, полученным от внедрения изобретения, является устранение указанного недостатка прототипа, то есть обеспечение развязки и согласования скрещенных полосковых линий на частотах сантиметрового диапазона длин волн.

Данный технический результат достигается выполнением воздушных полостей в диэлектрических подложках в местах пересечения полосковых проводников. Примыкающие к воздушной полости концы полоскового проводника первой полосковой линии соединены прямым отрезком проводника, а примыкающие к воздушной полости концы полоскового проводника второй полосковой линии соединены двумя параллельно включенными изогнутыми проводниками, один из которых расположен выше прямого отрезка полоскового проводника, а другой ниже его и симметрично первому. Указанные признаки обеспечивают отсутствие высших типов волн и уменьшают емкостную связь между скрещенными проводниками.

Прямой отрезок проводника окружен воздухом, поэтому его волновое сопротивление больше волнового сопротивления полосковых линий, что вносит рассогласование в линию передачи. Расширение прямого проводника увеличивает емкостную связь между ним и изогнутыми проводниками, поэтому такой путь для улучшения согласования неприемлем. Согласование обеспечивается введением согласующих элементов в виде отрезков суженных полосковых проводников на участках между воздушными полостями и между разветвлением полосковой линии и воздушной полостью. Такие согласующие элементы обеспечивают согласование в октавной полосе частот и не ухудшают развязку между скрещенными линиями передачи.

Изогнутые отрезки проводников включены параллельно и расположены рядом с экранирующими проводниками, поэтому их волновое сопротивление меньше волнового сопротивления полосковых линий, даже если они имеют минимальную толщину, необходимую для механической прочности. Вносимое изогнутыми проводниками рассогласование в линию передачи компенсируется введением согласующих элементов в виде отрезков расширенных полосковых проводников на участках между воздушными полостями и между разветвлением полосковой линии и воздушной полостью. Такие согласующие элементы обеспечивают согласование линии передачи с изогнутыми проводниками толщиной 0,1 мм в октавной полосе частот.

Техническое решение поясняется чертежами: на фиг. 1 изображен вид сверху на полосковые проводники заявляемого устройства, на фиг. 2 - поперечное сечение воздушной полости вдоль первого полоскового проводника, а на фиг. 3 - вдоль второго полоскового проводника.

Скрещенные полосковые линии содержат первый разветвленный полосковый проводник 1, второй разветвленный полосковый проводник 2, диэлектрические пластины 3, экранирующие проводники 4, воздушные полости в диэлектрических пластинах 5, прямые отрезки полоскового проводника 6, соединяющие концы первого полоскового проводника, примыкающие к воздушной полости, параллельно включенные изогнутые отрезки проводника 7, соединяющие концы второго полоскового проводника, примыкающие к воздушной полости. Полосковый проводник 1 на участке между воздушными полостями 5 содержит суженные отрезки 8, а на участке между его разветвлением и воздушными полостями 5 содержит суженные отрезки 9. Полосковый проводник 2 на участке между воздушными полостями 5 содержит расширенные отрезки 8, а на участке между его разветвлением и воздушными полостями 5 содержит расширенные отрезки 9.

Использование изобретения позволило в полосе частот 8-12 ГГц обеспечить развязку между скрещенными полосковыми линиями, изготовленными на диэлектрической подложке из материала ФАФ-4Д толщиной 1,5 мм, выше 30 дБ. Расчетное значение КСВН в этой полосе частот меньше 1,05, а экспериментальный макет имеет КСВН менее 1,29, что всего на 0,04 больше, чем КСВН отрезка однородной полосковой линии с теми же коаксиально-полосковыми переходами на концах.

Источники информации 1. Дорохов А. П. , Протопопов Н. И. Параметры полосковых диаграммообразующих СВЧ-устройств // Радиотехника, Республиканский межвед. темат. научн. -техн. сб. Харьков, Вища школа. 1974. - Вып. 30. - С. 43-47.

2. Международная заявка 84/03393 РСТ (WO), МКИ Н 01 Р 3/06. Узел пересечения (перекрещивания) коаксиальных линий передачи. Coaxial transmission line crossing/ Hudspeth Т. Keeling H. - Заявл. 12.12.83. Опубл. 30.08.84.

3. Заявка 60-178703 Япония, МКИ Н 01 Р 3/08. Схема пересечения полосковых линий. - 59-33371. - Заявл. 25.02.84. Опубл. 12.09.85.

4. Авт. св. 1524757 СССР, МКИ Н 01 Р 3/08. Скрещивание полосковых линий/ Следков В. А. , Грибникова Е. И. (СССР). - Заявка 4189504/24-09. Заявл. 11.12.86. Зарег. 22.07.89. Переведено в патент России.

Формула изобретения

1. Скрещенные полосковые линии передачи, содержащие два экранирующих проводника и две диэлектрические подложки между ними, полосковый проводник каждой из которых выполнен в виде параллельного соединения двух одинаковых полосковых проводников, длина которых между точками скрещивания с полосковыми проводниками другой линии равна половине средней длины волны рабочего диапазона, отличающиеся тем, что в местах пересечения полосковых проводников в диэлектрических подложках выполнены воздушные полости, примыкающие к воздушной полости концы полоскового проводника первой полосковой линии соединены прямым отрезком проводника, а примыкающие к воздушной полости концы полоскового проводника второй полосковой линии соединены двумя параллельно включенными изогнутыми проводниками, один из которых расположен выше прямого отрезка полоскового проводника, а другой - ниже его и симметрично первому.

2. Скрещенные полосковые линии передачи по п. 1, отличающиеся тем, что первый полосковый проводник содержит отрезки суженных полосковых проводников на участках между воздушными полостями и между его разветвлением и воздушной полостью.

3. Скрещенные полосковые линии передачи по п. 1, отличающиеся тем, что второй полосковый проводник содержит отрезки расширенных полосковых проводников на участках между воздушными полостями и между его разветвлением и воздушной полостью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3