RU171555U1

RU171555U1 - HF ATTENUATOR

Info

Publication number: RU171555U1
Application number: RU2016142158U
Authority: RU
Inventors: Евгений Александрович Чукавов; Евгений Робертович Царегородцев; Иван Александрович Корж; Константин Валентинович Николаенко; Михаил Афанасьевич Евдокимов; Александр Николаевич Кузнецов
Original assignee: Акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (АО "ОНИИП")
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2017-06-06

Abstract

Полезная модель относится к области радиоэлектроники и измерительной техники и может быть использована для настройки и поверки мощных ВЧ передатчиков. Задачей предлагаемого технического решения является снижение тепловой нагрузки на планарные пленочные резисторы, уменьшение габаритных размеров, увеличение мощности рассеивания и увеличение срока службы ВЧ аттенюаторов.ВЧ аттенюатор состоит из корпуса, цепочки планарных пленочных резисторов на керамических подложках, радиатора, вентиляторов, обдувающих радиаторы модулей, отличающийся тем, что цепочка планарных пленочных резисторов расположена перпендикулярно основному потоку воздуха, нагнетаемого вентиляторами, что 5-10% основного потока воздуха направляется на обдув поверхности планарных пленочных резисторов цепочки, площадь посадочного места под установку керамических подложек в средней части радиатора превышает на 2-3% площадь посадочного места под установку керамических подложек на краях этого радиатора и плавно уменьшается от его центра к краям, расположение прямоугольных керамических подложек на поверхности радиатора может быть различным: длинная сторона подложки может располагаться как параллельно, так и перпендикулярно длинной стороне радиатора, а в некоторых случаях - под определенным углом к длинной стороне радиатора. 1 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to the field of radio electronics and measurement technology and can be used to configure and verify powerful RF transmitters. The objective of the proposed technical solution is to reduce the heat load on planar film resistors, reduce overall dimensions, increase the dissipation power and increase the service life of RF attenuators. the fact that the chain of planar film resistors is perpendicular to the main flow of air pumped by fans, which is 5-10% of the main the air flow is directed to blowing the surface of the planar film resistors of the chain, the footprint for installing ceramic substrates in the middle of the radiator exceeds by 2-3% the footprint for installing ceramic substrates at the edges of this radiator and gradually decreases from its center to the edges, the location of rectangular ceramic substrates on the surface of the radiator can be different: the long side of the substrate can be located both parallel and perpendicular to the long side of the radiator, and in In some cases - at a certain angle to the long side of the radiator. 1 n and 3 z.p. f-ly, 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области радиоэлектроники и измерительной техники и может быть использована для настройки и поверки мощных ВЧ передатчиков.The utility model relates to the field of radio electronics and measurement technology and can be used to configure and verify powerful RF transmitters.

В радиопередающих устройствах измерение уровня мощности выходного сигнала осуществляется с помощью широкополосных аттенюаторов [1]. Для построения таких аттенюаторов предложено использовать планарные пленочные резисторы, нанесенные на диэлектрическую подложку из бериллиевой керамики, обладающей хорошими диэлектрическими свойствами и теплопроводностью, сравнимой с теплопроводностью металла. Обеспечение большой допустимой мощности входного высокочастотного сигнала достигается за счет отвода тепла через диэлектрическую подложку с высокой теплопроводностью на металлизированное основание, которое установлено на радиатор с воздушным охлаждением. При использовании воздушного обдува металлизированного основания и радиатора микроволновый аттенюатор обеспечивает в непрерывном режиме рассеивание мощности входного высокочастотного сигнала 250-300 Вт. Для построения мощных широкополосных аттенюаторов на пленочных резисторах применяется каскадное включение нескольких аттенюаторов, в которых рассеиваются равные мощности. Недостатком такой конструкции является сложная схема построения ВЧ аттенюатора из нескольких каскадов, заключающаяся в необходимости согласования между собой этих каскадов.In radio transmitting devices, the measurement of the output signal power level is carried out using broadband attenuators [1]. To construct such attenuators, it is proposed to use planar film resistors deposited on a dielectric substrate made of beryllium ceramic, which has good dielectric properties and thermal conductivity comparable to the metal thermal conductivity. Providing a large allowable power of the input high-frequency signal is achieved by removing heat through a dielectric substrate with high thermal conductivity to a metallized base, which is mounted on an air-cooled radiator. When using air blowing of a metallized base and a radiator, the microwave attenuator provides continuous dissipation of the power of the input high-frequency signal of 250-300 watts. To build powerful broadband attenuators on film resistors, a cascade connection of several attenuators is used, in which equal powers are dissipated. The disadvantage of this design is the complicated scheme for constructing the RF attenuator from several stages, which consists in the need to coordinate these stages with each other.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является ВЧ аттенюатор, описанный в [2, 3]. Для построения аттенюаторов используются планарные резисторы, выполненные с помощью пленочной технологии на основе бериллиевой керамики. Пленочный резистор устанавливается на радиатор с воздушным охлаждением, рассеивает при этом мощность не более 200 Вт. Более высокая мощность может быть получена в структурах с несколькими резистивными элементами. Для построения мощных ВЧ аттенюаторов производится последовательно-параллельное соединение резистивных элементов. Так, например, аттенюатор на мощность рассеивания 2 кВт реализован по модульной технологии. Модульная конструкция обеспечивает достаточно равномерное распределение тепловой мощности по общему объему блока, а вентиляторы, обдувающие радиаторы модулей - эффективный отвод тепла в общий воздуховод. Как следует из рисунков, приведенных в [3], ВЧ аттенюатор состоит из корпуса со встроенными вентиляторами. Внутри корпуса на теплоотводе расположены резистивные элементы. Недостатком такой конструкции является увеличение габаритных размеров ВЧ аттенюатора за счет увеличения занимаемой площади резистивными элементами при их последовательно-параллельном соединении. Кроме того недостатком такой конструкции является неравномерное охлаждение резисторов, находящихся в начале и в конце параллельно-последовательного соединения резистивных элементов, что уменьшает срок службы ВЧ аттенюатора.The closest in technical essence to the proposed technical solution is the RF attenuator described in [2, 3]. To build attenuators, planar resistors made using film technology based on beryllium ceramics are used. The film resistor is mounted on an air-cooled radiator, and dissipates a maximum of 200 watts of power. Higher power can be obtained in structures with several resistive elements. To build powerful RF attenuators, a series-parallel connection of resistive elements is performed. For example, an attenuator with a dissipation power of 2 kW is implemented using modular technology. The modular design provides a fairly uniform distribution of thermal power over the total volume of the unit, and the fans blowing the heatsinks of the modules - efficient heat dissipation into the common duct. As follows from the figures given in [3], the RF attenuator consists of a case with built-in fans. Resistive elements are located inside the housing on the heat sink. The disadvantage of this design is the increase in the overall dimensions of the RF attenuator due to the increase in the occupied area by the resistive elements during their series-parallel connection. In addition, the disadvantage of this design is the uneven cooling of the resistors located at the beginning and at the end of the parallel-series connection of resistive elements, which reduces the service life of the RF attenuator.

Задачей предлагаемого технического решения является снижение тепловой нагрузки на планарные пленочные резисторы, уменьшение габаритных размеров, увеличение мощности рассеивания и увеличение срока службы ВЧ аттенюатора.The objective of the proposed technical solution is to reduce the heat load on the planar film resistors, reduce the overall dimensions, increase the dissipation power and increase the service life of the RF attenuator.

Поставленная задача достигается тем, что в ВЧ аттенюаторе, состоящим из металлического корпуса, цепочки планарных пленочных резисторов на керамических подложках, ребристого радиатора, вентиляторов, создающих основной поток воздуха, планарные пленочные резисторы расположены перпендикулярно основному потоку воздуха, нагнетаемого вентиляторами, тем самым создавая одинаковые условия для охлаждения. При этом устраняется перегрев части резисторов цепочки, что приводит к повышению надежности ВЧ аттенюатора.The problem is achieved in that in the RF attenuator, which consists of a metal casing, a chain of planar film resistors on ceramic substrates, a finned radiator, fans that create the main air flow, planar film resistors are perpendicular to the main air flow pumped by the fans, thereby creating the same conditions for cooling. This eliminates the overheating of part of the resistors of the chain, which leads to an increase in the reliability of the RF attenuator.

Основная доля тепла от поверхности планарного пленочного резистора отводится посредством теплопередачи на охлаждаемый воздушным потоком радиатор. Часть тепла за счет конвекции распространяется над поверхностью пленочных резисторов. Поэтому в системе воздушного охлаждения предусмотрен частичный (5-10%) обдув потоком воздуха поверхности пленочных резисторов, что также уменьшает нагрев резисторов и увеличивает их срок службы.The main part of the heat from the surface of the planar film resistor is removed by heat transfer to the radiator cooled by the air flow. Part of the heat due to convection spreads over the surface of the film resistors. Therefore, in the air cooling system, a partial (5-10%) blowing through the air flow of the surface of the film resistors is provided, which also reduces the heating of the resistors and increases their service life.

Планарные резисторы, расположенные в средней части ребристого радиатора, будут нагреваться сильнее, чем резисторы, расположенные на краях. Это обусловлено тем, что резистор в центре радиатора дополнительно нагревается за счет соседних резисторов. На краях радиатора резистор будет нагреваться от соседних резисторов лишь с одной стороны. Результаты теплового моделирования показали, что площадь посадочного места под установку керамических подложек с резисторами в средней части радиатора должна быть на 2-3% больше, чем на краях. Тем самым достигается одинаковый нагрев планарных резисторов на подложках, расположенных на поверхности радиатора. Эта площадь по дуге плавно уменьшается от центра радиатора к краям.The planar resistors located in the middle of the fin radiator will heat up more than the resistors located at the edges. This is due to the fact that the resistor in the center of the radiator is additionally heated by adjacent resistors. At the edges of the radiator, the resistor will only heat up from neighboring resistors on one side. The results of thermal modeling showed that the area of the seat for installing ceramic substrates with resistors in the middle part of the radiator should be 2-3% more than at the edges. This ensures the same heating of planar resistors on substrates located on the surface of the radiator. This area along the arc gradually decreases from the center of the radiator to the edges.

На фиг. 1 показан планарный пленочный резистор на керамической подложке из оксида бериллия или нитрида алюминия прямоугольной формы: 1 - теплопроводная керамическая подложка, 2 - пленочный резистор, 3 - контактные площадки.In FIG. 1 shows a planar film resistor on a ceramic substrate of beryllium oxide or aluminum nitride of a rectangular shape: 1 - a heat-conducting ceramic substrate, 2 - a film resistor, 3 - contact pads.

На фиг. 2 изображена конструкция предлагаемого ВЧ аттенюатора. ВЧ аттенюатор состоит из металлического корпуса 4, цепочки планарных пленочных резисторов на керамических подложках 1, ребристого радиатора 5, вентиляторов 6, создающих основной поток воздуха 7 и дополнительный (5-10% от основного) поток воздуха 8. Цепочка планарных пленочных резисторов расположена перпендикулярно потоку воздуха 7. При этом все резисторы находятся в одинаковых условиях, что устраняет перегрев части из них. Именно это способствует увеличению мощности рассеивания и повышению их срока службы. Поток нагретого воздуха 7 отводится за пределы корпуса 4 ВЧ аттенюатора.In FIG. 2 shows the design of the proposed RF attenuator. The RF attenuator consists of a metal casing 4, a chain of planar film resistors on ceramic substrates 1, a finned radiator 5, fans 6, which create the main air flow 7 and an additional (5-10% of the main) air flow 8. The chain of planar film resistors is perpendicular to the flow air 7. In this case, all resistors are in the same conditions, which eliminates overheating of some of them. This is what contributes to an increase in dissipation power and an increase in their service life. The heated air stream 7 is diverted outside the housing 4 of the RF attenuator.

Расположение прямоугольных керамических подложек с резисторами на поверхности ребристого радиатора может быть различным. Длинная сторона подложки может располагаться как параллельно, так и перпендикулярно длинной стороне радиатора, а в некоторых случаях - под определенным углом к длинной стороне радиатора. Эти конструктивные исполнения определяются конкретными требованиями к габаритным размерам ВЧ аттенюатора. На фиг. 3 показаны варианты размещения керамических подложек с планарными пленочными резисторами на поверхности радиатора. Здесь 5 - поверхность ребристого радиатора, 1- прямоугольные керамические подложки с планарными резисторами 2. Планарный пленочный резистор может быть выполнен и на квадратных подложках.The arrangement of rectangular ceramic substrates with resistors on the surface of a finned radiator can be different. The long side of the substrate can be located both parallel and perpendicular to the long side of the radiator, and in some cases, at a certain angle to the long side of the radiator. These designs are determined by the specific requirements for the overall dimensions of the RF attenuator. In FIG. Figure 3 shows the placement of ceramic substrates with planar film resistors on the surface of the radiator. Here 5 is the surface of the fin radiator, 1 is a rectangular ceramic substrate with planar resistors 2. A planar film resistor can also be made on square substrates.

Источники информации:Information sources:

1. Богомолов П.Г., Рубанович М.Г., Хрусталев В.А., Разинкин В.П. Широкополосный пленочный СВЧ аттенюатор. Сб. трудов Всероссийской конференции «Электроника и микроэлектроника СВЧ», С-Петербург, 2-5 июня 2014 г.1. Bogomolov P.G., Rubanovich M.G., Khrustalev V.A., Razinkin V.P. Broadband film microwave attenuator. Sat Proceedings of the All-Russian Conference "Microwave Electronics and Microelectronics", St. Petersburg, June 2-5, 2014

2. Столяренко А.А., Рубанович М.Г., Хрусталев В.А., Митьков А.С., Волков Д.Ю. Мощные СВЧ аттенюаторы для радиопередающей и телевизионной аппаратуры [Электронный ресурс]: [Материалы VI Общероссийской научно-технической конференции «Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем»]. - Электрон. дан. и прогр. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2016. - 1 электрон. опт. диск (CD).2. Stolyarenko A.A., Rubanovich M.G., Khrustalev V.A., Mitkov A.S., Volkov D.Yu. Powerful microwave attenuators for radio transmitting and television equipment [Electronic resource]: [Materials of the VI All-Russian scientific and technical conference "Exchange of experience in the field of ultra-wideband electronic systems"]. - The electron. Dan. and prog. - Omsk: Publishing House of OmSTU, 2016. - 1 electron. opt. disk (CD).

3. Рубанович М.Г., Хрусталев В.А., Востряков Ю.В., Разинкин В.П. Широкополосные аттенюаторы для измерения параметров выходного сигнала радиопередающих устройств. Датчики и системы, № 6 2012 г., с. 15-20.3. Rubanovich M.G., Khrustalev V.A., Vostryakov Yu.V., Razinkin V.P. Broadband attenuators for measuring the output parameters of radio transmitting devices. Sensors and Systems, No. 6, 2012, p. 15-20.

Claims

1. The RF attenuator, consisting of a housing, a chain of planar film resistors on ceramic substrates, a radiator, fans, blowing module radiators, characterized in that the chain of planar film resistors is perpendicular to the main air flow pumped by the fans.

2. The RF attenuator according to claim 1, characterized in that 5-10% of the main air flow is directed to blowing the surface of the planar film resistors of the chain.

3. The RF attenuator according to claim 1, characterized in that the footprint for installing ceramic substrates in the middle of the radiator exceeds by 2-3% the footprint for installing ceramic substrates at the edges of this radiator and gradually decreases from its center to the edges.

4. The RF attenuator according to claim 1, characterized in that the arrangement of rectangular ceramic substrates on the surface of the radiator can be different: the long side of the substrate can be both parallel and perpendicular to the long side of the radiator, and in some cases, at a certain angle to the long side radiator.