RU2049367C1

RU2049367C1 - Microstrip matched load

Info

Publication number: RU2049367C1
Application number: RU93017882A
Authority: RU
Inventors: Д.И. Кузнецов; М.Ф. Тюхтин
Original assignee: Казанский Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева
Priority date: 1993-03-31
Filing date: 1993-03-31
Publication date: 1995-11-27

Abstract

FIELD: microwave devices. SUBSTANCE: device has input transmission line to which at least two open-circuited stubs are connected through different resistors. Open-circuited stubs belong to common electromagnetic resonant circuit. Resistance of each resistor is greater that wave resistance of input transmission line. Open-circuited stubs may have equal of different resonant frequency. EFFECT: increased functional capabilities. 2 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к технике сверхвысоких частот (СВЧ), и может быть использовано в радиолокации, радиосвязи и системах спутникового телевидения, преимущественно в качестве оконечной нагрузки. The invention relates to radio engineering, and more particularly to microwave technology, and can be used in radar, radio communications and satellite television systems, mainly as a terminal load.

Известна микрополосковая нагрузка, содержащая входную линию передачи, подключенную посредством последовательно соединенных участков линий к одному концу пленочного резистора, который другим концом подключен к разомкнутому шлейфу [1]
Известна микрополосковая согласованная нагрузка, содержащая входную линию передачи, разомкнутые шлейфы с одинаковой резонансной частотой, подключенные к входной линии передачи через общий резистор квадратной формы, причем шлейфы гальванически соединены между собой [2]
Известна микрополосковая согласованная нагрузка, содержащая входную линию передачи, разомкнутые шлейфы, подключенные к входной линии передачи через общий резистор [3]
Известна взятая в качестве прототипа согласованная нагрузка, содержащая входную линию передачи, к которой через отдельные резисторы подключены разомкнутый и короткозамкнутый шлейфы. Общее количество шлейфов равно двум. Величина сопротивления каждого резистора равна величине волнового сопротивления как входной линии, так и линий шлейфов. Длины линий шлейфов равны между собой [4]
Недостатками указанного устройства являются: во-первых, трудность технологической реализации устройства в микрополосковом исполнении (необходимо сверлить отверстие в подложке для короткого замыкания конца шлейфа; необходимо точно выдерживать равенство электрических длин шлейфов); во-вторых, плохое согласование (устройство работает лишь при равенстве электрических длин шлейфов, которую невозможно или очень трудно достичь из-за технологической нестабильности обеспечения режимов на концах шлейфов (длина и даже способ пайки короткозамыкателя у короткозамкнутого шлейфа сильно влияет на его электрическую длину), а уже при 1% расхождения длин шлейфов КСВН устройства на резонансной частоте разомкнутого шлейфа ухудшается до 1,03, при 10% до 1,4, при 15% до 1,6); в третьих, малая рассеиваемая мощность (например, на частоте резонанса разомкнутого шлейфа вся СВЧ-мощность выделяется только на резисторе этого шлейфа, а второй резистор ненагружен; в итоге неравномерность рассеивания мощности снижает уровень допустимой мощности).Known microstrip load containing an input transmission line connected through series-connected sections of lines to one end of the film resistor, which the other end is connected to an open loop [1]
Known microstrip matched load containing the input transmission line, open cables with the same resonant frequency, connected to the input transmission line through a common square resistor, and the cables are galvanically interconnected [2]
Known microstrip matched load containing the input transmission line, open loops connected to the input transmission line through a common resistor [3]
Known taken as a prototype is a coordinated load containing an input transmission line to which open and short-circuited loops are connected through separate resistors. The total number of loops is two. The resistance value of each resistor is equal to the value of the wave resistance of both the input line and the loop lines. The lengths of the lines of the loops are equal to each other [4]
The disadvantages of this device are: firstly, the difficulty of technological implementation of the device in microstrip design (it is necessary to drill a hole in the substrate for short circuiting the end of the loop; it is necessary to accurately maintain the equality of the electric lengths of the loops); secondly, poor coordination (the device only works if the electric lengths of the loops are equal, which is impossible or very difficult to achieve due to the technological instability of providing modes at the ends of the loops (the length and even the method of soldering a short-circuit in a short-circuit loop strongly affects its electrical length), and already at 1% of the difference in the lengths of the loop of the VSWR of the device at the resonant frequency of the open loop worsens to 1.03, at 10% to 1.4, at 15% to 1.6); thirdly, low power dissipation (for example, at the resonance frequency of an open loop, all microwave power is allocated only on the resistor of this loop, and the second resistor is unloaded; as a result, the unevenness of power dissipation reduces the level of permissible power).

Технической задачей изобретения является, во-первых, облегчение реализации устройства; во-вторых, улучшение согласования; в-третьих, увеличение допустимой рассеиваемой мощности. An object of the invention is, firstly, to facilitate the implementation of the device; secondly, improved harmonization; thirdly, an increase in permissible power dissipation.

Техническая задача решена за счет того, что в известной согласованной нагрузке, содержащей входную линию передачи, к которой через отдельные резисторы подключены шлейфы, один из которых разомкнутый, другие шлейфы выполнены также разомкнутыми, введена электромагнитная связь между шлейфами, общее количество разомкнутых шлейфов не менее двух, величина сопротивления каждого резистора больше величины волнового сопротивления входной линии передачи, разомкнутые шлейфы выполнены с одинаковой или различной резонансной частотой. The technical problem is solved due to the fact that in a known coordinated load containing an input transmission line to which cables are connected via separate resistors, one of which is open, the other cables are also open, electromagnetic coupling between the cables is introduced, the total number of open cables is at least two , the resistance value of each resistor is greater than the wave resistance of the input transmission line, open loops are made with the same or different resonant frequency.

На фиг. 1 и 2 изображены варианты конструкции предложенного устройства. In FIG. 1 and 2 depict design options of the proposed device.

Микрополосковая нагрузка, выполненная, например, на диэлектрической поликоровой подложке 1 (например, с относительной диэлектрической проницаемостью 9,6 и толщиной 1 мм), на одной стороне которой расположено заземляющее основание (не показано), а на другой стороне топология, содержит входную линию передачи 2 (например, 50-омная микрополосковая линия), к которой через отдельные резисторы подключены шлейфы 3 (например, микрополосковые шлейфы), один из которых разомкнутый, причем другие шлейфы также выполнены разомкнутыми, введена электромагнитная связь 4 (например, боковая электромагнитная связь) между шлейфами, общее количество разомкнутых шлейфов не менее двух, величина сопротивления каждого резистора 5 (например, пленочные резисторы) больше величины волнового сопротивления входной линии передачи, разомкнутые шлейфы выполнены с одинаковой или различной резонансной частотой. A microstrip load made, for example, on a dielectric multicore substrate 1 (for example, with a relative dielectric constant of 9.6 and a thickness of 1 mm), on one side of which there is a grounding base (not shown), and on the other side of the topology, contains an input transmission line 2 (for example, a 50-ohm microstrip line), to which 3 cables (for example, microstrip loops) are connected through separate resistors, one of which is open, and the other loops are also open, an electromagnet is introduced Single bond 4 (e.g., side electromagnetic coupling) between the loops, the total number of open loops of at least two, the value of each resistor 5 (e.g., film resistors) greater than the wave resistance of the input transmission line-open loops are made with the same or different resonance frequency.

На фиг. 1 изображен вариант конструкции с двумя шлейфами 3 (например, шлейфы со 100-омным четным волновым сопротивлением) с различной резонансной частотой (например, равной 90 и 110% величины средней резонансной частоты), боковой электромагнитной связью между шлейфами (например, связь 6,8 дБ), двумя пленочными резисторами 5 (например, сопротивление каждого резистора равно 100 Ом). In FIG. 1 shows a design variant with two loops 3 (for example, loops with 100-ohm even wave impedance) with different resonant frequencies (for example, equal to 90 and 110% of the average resonant frequency), lateral electromagnetic coupling between loops (for example, 6.8 dB), two film resistors 5 (for example, the resistance of each resistor is 100 Ohms).

На фиг. 2 изображен вариант конструкции с тремя шлейфами 3 (например, шлейфы со 150-омным четным волновым сопротивлением) с различной резонансной частотой (например, равной 85, 100 и 115% величины средней резонансной частоты), боковой электромагнитной связью между шлейфами (например, связь 5,4 дБ), тремя пленочными резисторами 5 (например, сопротивление каждого резистора равно 150 Ом). При этом общая ширина устройства на фиг. 1 и 2 равна 1 мм, т.е. равна ширине входной микрополосковой 50-омной линии (ширина каждого шлейфа и щели электромагнитной связи равна соответственно 0,45 и 0,1 мм для фиг. 1; 0,3 и 0,05 мм для фиг. 2). In FIG. 2 shows a design variant with three loops 3 (for example, loops with 150-ohm even wave impedance) with different resonant frequencies (for example, equal to 85, 100 and 115% of the average resonant frequency), lateral electromagnetic coupling between loops (for example, coupling 5 , 4 dB), three film resistors 5 (for example, the resistance of each resistor is 150 Ohms). The overall width of the device in FIG. 1 and 2 is 1 mm, i.e. equal to the width of the input microstrip 50-ohm line (the width of each loop and the slit of the electromagnetic coupling is 0.45 and 0.1 mm, respectively, for Fig. 1; 0.3 and 0.05 mm for Fig. 2).

Поступившая во входную линию передачи 2 (фиг. 1 и 2), мощность СВЧ-сигнала (например, со средней рабочей частотой 1,35 ГГц) в пленочных резисторах 5 преобразовалась в тепловую. Подключение шлейфов 3 через отдельные резисторы 5 устранило возможность появления полуволновых резонансов для пары шлейфов, так как мощность, отразившаяся от конца одного шлейфа, прошла через два высокоомных резистора, прежде чем попала в другой шлейф. Received in the input transmission line 2 (Fig. 1 and 2), the power of the microwave signal (for example, with an average operating frequency of 1.35 GHz) in the film resistors 5 was converted into thermal. Connecting the loops 3 through separate resistors 5 eliminated the possibility of half-wave resonances for a pair of loops, since the power reflected from the end of one loop passed through two high-resistance resistors before it hit the other loop.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве облечена реализация, так как все шлейфы разомкнуты и нет необходимости сверлить отверстие в подложке для короткого замыкания конца шлейфа; кроме того, в предложенном устройстве шлейфы могут быть разной длины и поэтому нет необходимости точно выдерживать равенство электрических длин шлейфов. Compared with the prototype, the proposed device is equipped with an implementation, since all the cables are open and there is no need to drill a hole in the substrate for short circuiting the end of the cable; in addition, in the proposed device, the cables can be of different lengths and therefore there is no need to accurately maintain the equality of the electric lengths of the cables.

По сравнению с прототипом в предложенном устройстве улучшено согласование. Например, у устройства на фиг. 1 КСВН менее 1,1 в полосе частот 12,2% тогда как у прототипа (при таком же 10% расхождении длин шлейфов) КСВН даже на центральной частоте равно 1,4. У устройства на фиг. 2 КСВН менее 1,1 в полосе частот 13,1% тогда как у прототипа (при таком же 15% расхождении длин шлейфов) КСВН даже на центральной частоте равно 1,6. Кроме того, совпадение общей ширины устройства с шириной входной микрополосковой линии также улучшило согласование на входе устройства. Compared with the prototype in the proposed device improved coordination. For example, with the device of FIG. 1 VSWR is less than 1.1 in the frequency band of 12.2%, whereas for the prototype (with the same 10% difference in the length of the loops), the VSWR even at the center frequency is 1.4. With the device of FIG. 2 VSWR is less than 1.1 in the frequency band of 13.1%, whereas for the prototype (with the same 15% difference in the length of the loops), the VSWR even at the center frequency is 1.6. In addition, matching the overall width of the device with the width of the input microstrip line also improved matching at the input of the device.

По сравнении с прототипом в предложенном устройстве увеличена допустимая рассеиваемая мощность, так как она более равномерно распределена по резисторам. У варианта предложенного устройства с одинаковыми длинами шлейфов СВЧ-мощность распределялась по резисторам равномерно. При равномерном частотном распределении СВЧ-мощности в рабочей области частот (равномерный спектр) расхождение длин шлейфов устройства не оказало существенного влияния на распределение мощности. Варьирование длины шлейфов предложенного устройства меняло картину распределения мощности по резисторам, что в итоге позволило получить равномерное распределение мощности по резисторам для неравномерных спектров. Compared with the prototype, the proposed device has increased the allowable power dissipation, since it is more evenly distributed across the resistors. For a variant of the proposed device with the same lengths of loops, the microwave power was distributed evenly across the resistors. With a uniform frequency distribution of microwave power in the working frequency range (uniform spectrum), the difference in the lengths of the device’s loops did not significantly affect the power distribution. Varying the length of the loops of the proposed device changed the picture of the power distribution across the resistors, which ultimately made it possible to obtain a uniform distribution of power across the resistors for uneven spectra.

Дополнительным преимуществом предложенного устройства является широкополосность (широкая относительная рабочая полоса частот). Для двухшлейфного варианта на фиг. 1 данная полоса равна 12,2% (при КСВН менее 1,1), что на 5% больше, чем у устройства по А.С. N 811373 с тем же количеством шлейфов, а для трехшлейфного варианта на фиг. 2 13,1% (т.е. на 7% больше). An additional advantage of the proposed device is broadband (wide relative operating frequency band). For the double-loop version of FIG. 1, this band is 12.2% (with VSWR less than 1.1), which is 5% more than that of the device according to A.S. N 811373 with the same number of loops, and for the three-loop version in FIG. 2 13.1% (i.e. 7% more).

Также дополнительным достоинством предложенного устройства является компактность (малые габариты) из-за отсутствия неиспользуемого пространства на подложке между шлейфами. По сравнению с устройством по авт.св. N 811373 предложенное устройство (с тем же числом шлейфов) занимает площадь в 2.2,5 раза меньше. Also an additional advantage of the proposed device is compactness (small dimensions) due to the lack of unused space on the substrate between the cables. Compared with the device for avt.sv. N 811373 the proposed device (with the same number of loops) occupies an area of 2.2.5 times less.

Также дополнительным достоинством предложенного устройства является устранение рассогласований, вызываемых паразитными полуволновыми резонансами. При подключении шлейфов к одной и той же точке (например, Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. М. Сов. радио, 1976, стр. 67, рис. 1.406) отраженная от конца одного шлейфа СВЧ-мощность переотражается в другой шлейф, что приводит к возникновению нежелательного полуволнового резонанса между концами двух шлейфов, в результате чего на частоте паразитного резонанса резонирующие шлейфы не выполняют функции короткозамыкателя, что ухудшает согласование. В предложенном же устройстве шлейфы подключены через отдельные резисторы, кроме того, паразитные колебания проходят не через один, а через два резистора (причем высокоомных), что в итоге гасит переотражающуюся между концами шлейфов СВЧ-мощность и улучшает согласование. An additional advantage of the proposed device is the elimination of mismatches caused by parasitic half-wave resonances. When connecting the loops to the same point (for example, L. Maloratsky, Microminiaturization of microwave elements and devices. M. Sov. Radio, 1976, p. 67, Fig. 1.406), the microwave power reflected from the end of one loop is reflected to another a loop, which leads to the appearance of an undesirable half-wave resonance between the ends of the two loops, as a result of which, at the frequency of the parasitic resonance, the resonant loops do not function as a short circuit, which impairs coordination. In the proposed device, the loops are connected through separate resistors, in addition, spurious oscillations pass not through one, but through two resistors (and high resistance), which ultimately dampens the microwave power that is reflected between the ends of the loops and improves matching.

Кроме того, к достоинствам предложенного устройства относится его ортогональная топология (состоит из вертикальных и горизонтальных отрезков), адаптированная к предъявляемым требованиям по программируемому вводу и легко реализуемая современными автоматизированными устройствами изготовления фотошаблонов. In addition, the advantages of the proposed device include its orthogonal topology (consists of vertical and horizontal segments), adapted to the requirements for programmable input and easily implemented by modern automated devices for the manufacture of photo masks.

Кроме того, к достоинствам предложенного устройства относится изготовление его в едином технологическом цикле с изготовлением СВЧ интегральной схемы, так как все его резистивные участки имеют одинаковое удельное поверхностное сопротивление. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1443061, кл. Н 01 Р 1/26, 1988. In addition, the advantages of the proposed device include its manufacture in a single technological cycle with the manufacture of microwave integrated circuits, since all of its resistive sections have the same specific surface resistance. (56) 1. USSR Copyright Certificate N 1443061, cl. H 01 P 1/26, 1988.

2. Малорацкий Л. Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. М. Сов. радио, 1976, стр. 67, рис. 1.40б. 2. Maloratsky L. G. Microminiaturization of microwave elements and devices. M. Sov. Radio, 1976, p. 67, Fig. 1.40b.

3. Авторское свидетельство СССР N 811373, кл. Н 01 Р 1/26, 1981. 3. Copyright certificate of the USSR N 811373, cl. H 01 P 1/26, 1981.

4. Патент ФРГ N 2548207, кл. Н 01 Р 1/26, 1977. 4. The patent of Germany N 2548207, CL H 01 P 1/26, 1977.

Claims

A MICROSTREAM CONSISTENT LOAD containing an input transmission line to which loops are connected through separate resistors, one of which is open, characterized in that the other loops are open, the electromagnetic connection between the loops is introduced, the total number of loops is at least two, the resistance value of each resistor is greater than wave resistance of the input transmission line, the loops are made with the same or different resonant frequencies.