PL223644B1 - Układ dzielnika mocy mikrofalowej z rezystorem separującym - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ dzielnika mocy mikrofalowej z rezystorem separującym zwłaszcza w postaci dzielnika mocy lub sumatora mocy Wilkinsona.

Dzielnik Wilkinsona jest układem elektronicznym, który dzieli sygnał wejściowy mikrofalowy na dwa (n=2) lub więcej sygnałów wyjściowych (n>2), gdzie n jest liczbą wyjść (wrót) dzielnika. Układ jest układem pasywnym, odwracalnym i może być wykorzystany jako sumator wielu sygnałów wejściowych (n>2), wówczas n jest liczbą wejść (wrót) sumatora mocy do jednego sygnału wyjściowego. Ponieważ nie jest możliwe skonstruowanie wielowrotnika, który byłby bezstratny, odwracalny i jedn ocześnie dopasowany we wszystkich wrotach, rozwiązaniem jest wprowadzenie strat w postaci impedancji (rezystancji jako części rzeczywistej impedancji) pomiędzy wrota wejściowe (sumator mocy) lub wyjściowe (dzielnik mocy), która zarówno umożliwia dopasowanie impedancyjne tych wrót, jak również zapewnia wysoką separację (izolację) pomiędzy nimi. W sytuacji, gdy wrota te są dopasowane, wejściowy sygnał dzielony jest na n sygnałów z podziałem mocy zależnym od wzajemnych relacji impedancji ramion dzielnika i wówczas układ nie wnosi żadnych strat, zaś sygnały na jego wyjściach są ze sobą w fazie. W przypadku braku dopasowania na jednym z wyjść moc odbita zostaje wydzielona w rezystancji, nie wpływając na sygnał w innych wrotach wyjściowych.

Znane ze stanu techniki układy dzielników Wilkinsona wykonywane są przy użyciu różnych linii transmisyjnych w szczególności w technice linii współosiowej, niesymetrycznej linii paskowej NLP zwanej linią mikropaskową, symetrycznej linii paskowej SLP. Układy wykonywane w technikach linii współosiowej i symetrycznej linii paskowej SLP w szczególności powietrznych w porównaniu z układami mikropaskowymi umożliwiają ograniczenie strat związanych z tłumieniem fali elektromagnetycznej w dielektryku. Stosowane są więc w układach gdzie istotne są niskie straty transmisji. Dodatkowo ze względu na większe wymiary przewodów środkowych w symetrycznej linii paskowej SLP i linii współosiowej, techniki te stosowane są w układach dużej mocy. Stosowanie techniki linii współosiowej i symetrycznej linii paskowej SLP do budowy dzielników Wilkinsona stwarza problem z umieszczeniem rezystora separującego w taki sposób, by zapewnić odprowadzenie ciepła wydzielającego się w tym rezystorze i dobrą wytrzymałość mechaniczną, co jest szczególnie istotne w zastosowaniu w urządzeniach narażonych na silne oddziaływanie środowiskowe oraz mechaniczne (np. drgania i wibracje w szerokim zakresie częstotliwości). Jako rezystory separujące można zastosować rezystory wykonane w różnych technologiach, jednak najbardziej popularne są rezystory z warstwą rezystywną nan oszoną cienko- lub grubowarstwowo na płaskie podłoże najczęściej ceramiczne. Są to rezystory do montażu powierzchniowego. W rezystorach większej mocy konieczne jest dobre odprowadzanie ciepła i dlatego podłoże ceramiczne umieszczane jest dodatkowo na postumencie metalowym, który ma możliwość przykręcenia do masy o większej pojemności cieplnej np. radiatora.

W układach mikropaskowych dzielników Wilkinsona podstawę rezystorów montuje się bezpośrednio do masy linii mikropaskowej wycinając w miejscu rezystora laminat lub stosowane są również postumenty bezpośrednio pod rezystorem umożliwiające przewodzenie cieplne do okładki linii transmisyjnej. Takie rozwiązania stosuje się również w symetrycznej linii paskowej SLP. Charakteryzują się one jednak niekorzystnymi pojemnościami pasożytniczymi pomiędzy końcami rezystora a jego masą.

Znany jest układ z umieszczeniem rezystora pomiędzy ramionami dzielnika bez podpierania go. Stosuje się wówczas rezystory bez postumentu metalowego również innego typu niż SMD np. rezyst ory o przekroju kołowym. W rozwiązaniach takich ciepło odprowadzane jest głównie przez promieniowanie i przez przewodzenie przez końce rezystora do przewodu środkowego dzielnika. Taki sposób nie zapewnia dobrego odprowadzania ciepła wydzielanego w rezystorze i może być stosowany w układach małej mocy.

Celem wynalazku jest opracowanie układu dzielnika mocy z rezystorem separującym, który p ozwala na odprowadzanie dużych ilości energii strat w postaci wydzielającego się ciepła oraz nie wprowadza szkodliwych pojemności rozproszonych między końcówkami rezysto ra separującego a masą układu dzielnika.

Istota układu dzielnika mocy mikrofalowej w technice symetrycznej linii paskowej zawierającego rezystor separujący charakteryzuje się tym, że rezystor separujący przymocowany jest do jednego końca ramienia o długości ćwiartki fali mikrofalowej (λ₀/4) z częstotliwościowego pasma pracy dzielnika mocy, a drugi koniec ramienia połączony jest w sposób trwały z kostką przewodzącą umieszczoną pomiędzy okładkami symetrycznej linii transmisyjnej w sposób zapewniający zwarcie do okładek linii transmisyjnej dzielnika. Układ dzielnika mocy mikrofalowej charakteryzuje się tym, że ramię ćwierćPL 223 644 B1 falowe umieszcza się wzdłuż przewodu środkowego dzielnika Wilkinsona pomiędzy wrotami wyjściowymi dzielnika mocy Wilkinsona.

Istota układu dzielnika mocy mikrofalowej w technice niesymetrycznej linii paskowej zawierającego laminat z przewodem środkowym oraz gałęziami dzielnika zbudowanymi z sekcji dzielnika, masę i rezystor separujący charakteryzuje się tym, że rezystor separujący przymocowany jest w sposób trwały do jednego z końców postumentu przewodzącego o długości λ₀/4 z częstotliwościowego pasma pracy, który przechodzi przez otwór w laminacie. Średnica otworu jest większa od średnicy postumentu przewodzącego. Postument przewodzący przechodzi do kubka o głębokości λ₀/4 i krawędziach ścianek dołączonych do krawędzi otworu w okładce linii transmisyjnej. Postument przewodzący zam ocowany jest na dnie kubka. Przekrój poprzeczny kubka oraz przekrój poprzeczny postumentu przewodzącego może być dowolny, korzystnie jego kształt powinien zapewniać dobrą przewodność termiczną i dużą powierzchnię odprowadzającą ciepło powstałe na skutek strat energii mikrofalowej.

Układ według wynalazku charakteryzuje się tym, że ramię do którego przymocowany jest rezystor separujący jest linią transmisyjną, która pełni rolę transformatora ćwierćfalowego. Ramię zamocowane jest do przewodzącej kostki, stanowiącej zwarcie elektryczne do okładek linii transmisyjnej w jakiej jest wykonany dzielnik. Zwarcie to ze względu na długość ramienia stanowiącego ćwierć długości fali jest transformowane w sensie falowym do rozwarcia (nieskończonej impedancji) w miejscu umieszczenia rezystora. Rozwiązanie takie umożliwia korzystnie zarówno mechaniczne umocowanie rezystora, odprowadzanie ciepła wydzielanego w rezystorze jak i zmniejszenie parametrów reaktancyjnych opisujących układ w szczególności pojemności pomiędzy końcami rezystora a okładkami SLP w stosunku do rozwiązania z postumentem bezpośrednio pod rezystorem.

Korzystnym jest to, że układ według wynalazku posiada ramię z rezystorem separującym, które umieszcza się w dowolny sposób, tak aby linia transmisyjna jaką tworzy jak najmniej zakłócała rozkład pola w liniach transmisyjnych ramion dzielnika Wilkinsona i jak najlepiej odprowadzała ciepło z rezystora separującego.

Korzystnym jest to, że rozwiązanie według wynalazku jest odpowiednie dla najbardziej popularnych rezystorów tj. rezystorów do montażu powierzchniowego (typu SMD).

Przedmiot wynalazku przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ dzielnika Wilkinsona w technice symetrycznej linii paskowej SLP z rezystorem separującym, fig. 2 i fig. 3 prze dstawiają przekroje dzielnika Wilkinsona odpowiednio w płaszczyznach przekroju A-A' i B-B' z fig. 1, fig. 4 przedstawia ramię, na którym umieszczone są rezystor separujący i kostka zwierająca koniec ramienia do okładek symetrycznej linii paskowej, fig. 5 przedstawia dzielnik Wilkinsona wykonany w technice niesymetrycznej linii paskowej NLP, fig. 6 i fig. 7 przedstawiają przekroje odpowiednio w płaszczyznach przekroju A-A' i B-B' z fig. 5, fig. 8 przedstawia w szczególe sposób mocowania rezystora oraz istotny wymiar postumentu.

W przykładzie realizacji pokazanym na fig. 1 dzielnik Wilkinsona wykonany w technice sym etrycznej linii paskowej SLP zawiera przewód środkowy 1, który z jednej strony rozpoczyna się wrotami wejściowymi 1a a z drugiej rozdziela się na dwa ramiona dzielnika Wilkinsona. Pierwsze z ramion składa się z dwóch połączonych ze sobą sekcji dzielnika 1b i 1d i kończy się pierwszymi wrotami wyjściowymi 1f. Drugie z ramion składa się z dwóch połączonych ze sobą sekcji dzielnika 1c i 1e i kończących się drugimi wrotami wyjściowymi 1 g. Rezystor separujący 3 wykonany w technice SMD przylutowany jest swoją podstawą do ramienia przewodzącego 4 na jego końcu. Rezystor separujący 3 umieszczony jest pomiędzy ramionami dzielnika Wilkinsona. Końcówki rezystora separującego 3 przylutowane są do ramion przewodu środkowego 1 pomiędzy sekcjami dzielnika Wilkinsona 1b, 1d oraz 1c, 1e. Ramię przewodzące 4 o długości λ₀/4 zamocowane jest w kostce przewodzącej 5 umieszczonej pomiędzy okładkami 2 linii SLP.

W kolejnym przykładzie realizacji pokazanym na fig. 5 dzielnik Wilkinsona wykonany w technice niesymetrycznej linii paskowej NLP zawiera laminat 6 z przewodem środkowym 1 oraz gałęziami dzielnika zbudowanymi z sekcji dzielnika 1b i 1d oraz 1c i 1e, masę 2 i rezystor separujący 3. Rezystor separujący 3, umieszczony pomiędzy ramionami dzielnika Wilkinsona, jest wykonany w technice SMD. Końcówki rezystora separującego 3 przylutowane są do ramion przewodu środkowego 1 pomiędzy sekcjami dzielnika 1b i 1d oraz 1c i 1 e. Rezystor separujący 3 przylutowany jest swoją podstawą do jednego z końców postumentu przewodzącego 8 w celu odprowadzania ciepła wydzielającego się w rezystorze separującym 3. Postument przewodzący 8 o długości λ₀/4 przechodzi przez otwór 7 w laminacie 6 i masie 2 o większym przekroju niż przekrój postumentu przewodzącego 8 do kubka 9, na dnie którego jest zamocowany. Do otworu 7 w masie 2 przyłączony jest kubek przewodzący

PL 223 644 B1 o długości równej lub bliskiej ćwierć długości fali (λ₀/4). Krawędzie ścianek dołączone są do krawędzi otworu 7 w masie 2. Postument przewodzący 8 opiera się na dnie kubka 9. Przekrój poprzeczny kubka 9 jak i postumentu przewodzącego 8 może być dowolny, korzystnie dobierany ze względu na jak największą przewodność cieplną. W przykładzie wykonania przekrój postumentu przewodzącego 8 jest taki sam jak przekrój podstawy rezystora separującego 3.

Przedmiot wynalazku znajduje przemysłowe zastosowanie w układach podziału i sumowania mocy mikrofalowej w urządzeniach nadawczo-odbiorczych dużej mocy stosowanych w telekomunikacji, w szczególności w radiolokacji oraz łączności radioliniowej.

Claims (3)

1. Układ dzielnika mocy mikrofalowej w technice symetrycznej linii paskowej zawierający rezystor separujący, znamienny tym, że rezystor separujący (3) przymocowany jest do jednego końca ramienia (4) o długości ćwiartki fali mikrofalowej (λ₀/4) z częstotliwościowego pasma pracy dzielnika mocy, a drugi koniec ramienia (4) połączony jest w sposób trwały z kostką przewodzącą (5) umieszczoną pomiędzy okładkami (2) symetrycznej linii transmisyjnej w sposób zapewniający zwarcie do okładek (2) linii transmisyjnej dzielnika Wilkinsona.

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że ramię (4) umieszcza się wzdłuż przewodu środkowego (1) dzielnika Wilkinsona pomiędzy wrotami wyjściowymi (1f) i (1g) dzielnika mocy Wilkinsona.

3. Układ dzielnika mocy mikrofalowej w technice niesymetrycznej linii paskowej zawierający laminat (6) z przewodem środkowym (1) oraz gałęziami dzielnika zbudowanymi z sekcji dzielnika (1b) i (1d) oraz (1c) i (1 e), masę (2) i rezystor separujący (3), znamienny tym, że rezystor separujący (3) przymocowany jest w sposób trwały do jednego z końców postumentu przewodzącego (8) o długości λ₀/4 z częstotliwościowego pasma pracy, który przechodzi przez otwór (7) w laminacie (6) i masie (2) o większym przekroju niż przekrój postumentu przewodzącego (8) do kubka (9) o głębokości również λ₀/4 i krawędziach ścianek dołączonych do krawędzi otworu (7) w okładce linii transmisyjnej, na dnie którego jest zamocowany.