Квадратурный направленный ответвитель
Владельцы патента RU 2340050:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") (RU)
Изобретение относится к области радиотехники, а более конкретно, к СВЧ направленным ответвителям и может быть использовано в широкополосных приемных, передающих и измерительных устройствах СВЧ. Изобретение направлено на решение проблемы получения 90° фазового сдвига между прямым и ответвленным каналами квадратурного направленного ответвителя с лицевой связью, реализуемого на трехслойной структуре, конструкция которого устойчива к технологическим точностям и обеспечивает доступность к двум проводящим линиям. Описан трехполосковый квадратурный направленный ответвитель с лицевой связью, выполненный на трехслойной структуре, содержащий межслойные переходы внутреннего проводника на верхний слой и верхнего проводника на внутренний слой, расположенные по центру связанных линий. 3 ил.
Изобретение относится к области радиотехники, а более конкретно, к СВЧ направленным ответвителям и может быть использовано в широкополосных приемных, передающих и измерительных устройствах СВЧ.
Изобретение направлено на решение проблемы получения 90° фазового сдвига между прямым и ответвленным каналами квадратурного направленного ответвителя (КНО) с лицевой связью, реализуемого на трехслойной структуре, конструкция которого устойчива к технологическим точностям и обеспечивает доступность к двум проводящим линиям.
Известен двухполосковый КНО с лицевой связью (М.D.Prouty, S.Е.Schwarz. Hybrid Couplers in Bilevel Microstrip. IEEE Transactions on microwave theory and techniques, vol.41, No.11, November 1993, p.1939-1944), реализованный на трехслойной структуре, в котором фазовый сдвиг 90° достигается путем подключения к двум плечам КНО дополнительных фазосдвигателей.
Недостатками такого КНО являются:
- необходимость подключения дополнительных фазосдвигателей, выравнивающих фазу отрезков связанных линий с лицевой связью, которые увеличивают габаритные размеры устройства;
- полное отсутствие доступности к двум проводящим линиям, необходимой для настройки устройства;
- сильное влияние технологического допуска на совмещение слоев платы устройства.
Известен четырехполосковый КНО (Патент США: №7009467 В2) с лицевой связью, реализованный на трехслойной структуре, в котором обеспечены доступ к двум проводящим линиям и устойчивость к технологическим точностям.
Недостатком такого КНО является сложность конструкции и необходимость подключения дополнительных фазосдвигателей для обеспечения фазового сдвига 90°.
Известен также трехполосковый КНО (Andrzej Sawicki, Krzysztof Sachse. Quase-Ideal Multilayer Two- and Three-Strip Directional Couplers for Monolithic and Hybrid MIC's // IEEE Transactions on microwave theory and techniques. - 1999, Vol. - 47 - No. 9 - September. - P.1873 - 1888) с лицевой связью, реализованный на трехслойной структуре, принятый за прототип, который представляет собой двухполосковый КНО, верхний проводник которого расщеплен на два проводника.
Такой КНО является более устойчивым к технологическим точностям, но требует подключения дополнительных фазосдвигателей для получения фазового сдвига 90° и обеспечения доступности к внутреннему проводнику.
Целью изобретения является реализация КНО на трехслойной структуре, без дополнительных фазосдвигателей, у которого обеспечен доступ к двум проводникам связанных линий, конструкция которого устойчива к технологическим точностям.
Для достижения указанной цели предлагается трехполосковый КНО с лицевой связью, выполненный на трехслойной структуре.
Согласно изобретению он содержит две одинаковые секции связанных линий с лицевой связью длиной λ/8, которые соединены таким образом, что верхний проводник первой секции связанных линий подключен через межслойный переход к внутреннему проводнику второй секции связанных линий, а внутренний проводник первой секции связанных линий подключен через межслойный переход к верхнему проводнику второй секции связанных линий.
Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого КНО из литературы неизвестны, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, на фиг.2 - структура слоев КНО, на фиг.3 - топология КНО.
КНО содержит две одинаковые секции связанных линий с лицевой связью, состоящие из проводников 1 и 2. Двухполосковый проводник 1 первой секции, длиной λ/8 и шириной полосков w с зазором между ними s, расположенный на наружном слое 3 высотой h, переходит через межслойный переход 4 на внутренний слой 5 высотой Н второй секции в однополосковый проводник 1 длиной λ/8 и шириной полоска W. Однополосковый проводник 2 первой секции КНО, длиной λ/8 и шириной W, расположенный на внутреннем слое 5, переходит через межслойный переход 4 на наружный слой 3 второй секции, где проводник 2 - двухполосковый имеет длину λ/8 и ширину полосков w с зазором между ними s. Обратная сторона структуры 6 - сплошная металлизация.
Отличительной особенностью работы заявляемого КНО от известных КНО на связанных линиях с лицевой связью является обеспечение одинаковых условий распространений для двух существующих мод. Отклонение фазы 45°+Δϕ в первой секции КНО компенсируется во второй секции КНО, где обеспечивается набег фазы 45°-Δϕ. В результате чего разница фаз между прямым и ответвленным каналами равна 90°=(45°+Δϕ)+(45°-Δϕ).
Изготовлен макет квадратурного направленного ответвителя по технологии низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (Low Temperature Co-fire Ceramic, LTCC), предназначенный для работы в L-диапазоне длин волн с перекрытием по частоте 2.26:1. Отклонение сдвига фаз от требуемого составило не более ±2°, КСВН входов/выходов не более 1.25. Ослабление сигнала в каждом из каналов - не более 0.3 дБ, неидентичность коэффициента передачи - ±0.5 дБ.
Квадратурный направленный ответвитель с лицевой связью, выполненный на трехслойной структуре, отличающийся тем, что он содержит две одинаковые секции связанных линий с лицевой связью длиной λ/8, которые соединены таким образом, что верхний проводник первой секции связанных линий подключен через межслойный переход к внутреннему проводнику второй секции связанных линий, а внутренний проводник первой секции связанных линий подключен через межслойный переход к верхнему проводнику второй секции связанных линий.
