Современные методы построения фиксированных СВЧ аттенюаторов
и оконечных нагрузок
и оконечных нагрузок
На сегодня главной тенденцией в создании мощных поглащающих устройств является увеличение входной допустимой СВЧ мощности и расширение полосы рабочих частот одновременно. При этом обеспечить малые значения неравномерности вносимого ослабления во всем частотном диапазоне, качественное согласование по входы и выходу, малые габаритные размеры.
Конструктивно мощные широкополосные аттенюаторы и нагрузки выполняются в виде:
— волноводных отрезков;
— коаксиальных линий передачи с потерями;
— микрополосковых линий с потерями.
Выбор конструкции зависит от области рабочих частот, массогабаритных параметров, уровня преобразуемой мощности, качества согласования и удобства отвода тепловой рассеиваемой мощности.
Волноводная технология
Как правило применяется для реализации поглощающих устройств в сантиметровом и миллиметровом диапазоне длин волн. При этом такие аттенюаторы и нагрузки имеют достаточно узкий рабочий диапазон частот и максимально допустимые уровни поглощаемой мощности порядка 0,5- 1 кВт. В волноводных фиксированных аттенюаторах используются различные профили волноводов (прямоугольный, круглый, Н-образный), с разными размерами сечений и видами соединительных фланцев.
Конструктивно мощные широкополосные аттенюаторы и нагрузки выполняются в виде:
— волноводных отрезков;
— коаксиальных линий передачи с потерями;
— микрополосковых линий с потерями.
Выбор конструкции зависит от области рабочих частот, массогабаритных параметров, уровня преобразуемой мощности, качества согласования и удобства отвода тепловой рассеиваемой мощности.
Волноводная технология
Как правило применяется для реализации поглощающих устройств в сантиметровом и миллиметровом диапазоне длин волн. При этом такие аттенюаторы и нагрузки имеют достаточно узкий рабочий диапазон частот и максимально допустимые уровни поглощаемой мощности порядка 0,5- 1 кВт. В волноводных фиксированных аттенюаторах используются различные профили волноводов (прямоугольный, круглый, Н-образный), с разными размерами сечений и видами соединительных фланцев.
Рисунок 1 - Волноводный аттенюатор
Очевидно, что основным недостатком волноводных СВЧ аттенюаторов и нагрузок является их большие габаритные размеры и масса.
Коаксиальная технология
Позволяет реализовывать аттенюаторы и нагрузки мощностью до 1,5 кВт в диапазоне частот до 3 ГГц и до 4 кВт в диапазоне частот до 500 МГц при одновременном использовании масляного и принудительного воздушного охлаждения. В настоящее время в России и за рубежом выпускаются коаксиальные нагрузки большой мощности с минеральным поглощающим наполнителем. В этом случае мощность выделяется более равномерно во всем объёме минерального наполнителя, но всё равно имеются области перегрева. Кроме того, в коаксиальных аттенюаторах с минеральным наполнителем требуется качественная герметичность конструкции, чтобы жидкий наполнитель не вытек. Основным недостатком мощных коаксиальных нагрузок и аттенюаторов является низкая ремонтопригодность, так как нет доступа к элементам аттенюатора для их замены при ремонте и большие массогабаритные параметры.
Коаксиальная технология
Позволяет реализовывать аттенюаторы и нагрузки мощностью до 1,5 кВт в диапазоне частот до 3 ГГц и до 4 кВт в диапазоне частот до 500 МГц при одновременном использовании масляного и принудительного воздушного охлаждения. В настоящее время в России и за рубежом выпускаются коаксиальные нагрузки большой мощности с минеральным поглощающим наполнителем. В этом случае мощность выделяется более равномерно во всем объёме минерального наполнителя, но всё равно имеются области перегрева. Кроме того, в коаксиальных аттенюаторах с минеральным наполнителем требуется качественная герметичность конструкции, чтобы жидкий наполнитель не вытек. Основным недостатком мощных коаксиальных нагрузок и аттенюаторов является низкая ремонтопригодность, так как нет доступа к элементам аттенюатора для их замены при ремонте и большие массогабаритные параметры.
Рисунок 2 – Аттенюатор с коаксиальным резистором на мощность 2000 Вт
Пленочная полосковая технология
Альтернативой коаксиальной технологии, является использование пленочной полосковой технологии. При использовании полосковой технологии, резистивный слой наносится на диэлектрическую подложку, которая в дальнейшем устанавливается на теплоотвод с пассивным или активным принудительным охлаждением. Полосковая технология обладает несколькими значительными преимуществами по сравнению с волноводной или коаксиальной технологией.
Альтернативой коаксиальной технологии, является использование пленочной полосковой технологии. При использовании полосковой технологии, резистивный слой наносится на диэлектрическую подложку, которая в дальнейшем устанавливается на теплоотвод с пассивным или активным принудительным охлаждением. Полосковая технология обладает несколькими значительными преимуществами по сравнению с волноводной или коаксиальной технологией.
Рисунок 3 – Аттенюатор с пленочными резисторами на мощность 1000 Вт
Эта технология является наиболее гибкой в плане различных конструктивных вариаций. При проектировании аттенюаторов с использованием поглощающих элементов, выполненных по пленочной технологии, можно использовать различные схемотехнические решения с целью получения преимуществ той или иной схемы включения поглощающих элементов. В качестве поглощающих элементов могут быть использованы как серийно выпускаемые пленочные резисторы стандартных номиналов, так и аттенюаторы, выполненные по пленочной технологии на отдельной диэлектрической подложке по Т- или П-схеме.
При изготовлении таких пленочных поглощающих элементов могут быть использованы диэлектрические подложки из различных материалов, таких как поликор, поликристаллический алмаз, керамика AlN, керамика Al2O3, керамика BeO и др. Важнейшие эксплуатационные характеристики, по которым отличаются данные материалы подложек — это коэффициент теплопроводности, диэлектрическая проницаемость и стоимость изготовления.
Стоит отметить также, что основная причина выхода из строя аттенюаторов и нагрузок это несоблюдение режимов работы и превышение уровня допустимой входной мощности СВЧ сигнала. Поэтому аттенюаторы и нагрузки, выполненные на отдельных пленочных поглощающих элементах, являются более надежными и допускают возможность ремонта на элементном уровне.
Таким образом, одним из важных и перспективных направлений для конструирования поглощающих устройств, является использование пленочной микрополосковой технологии. Современные фиксированные СВЧ аттенюаторы и оконечные нагрузки выполненные по данной технологии имеют малые габаритные размеры, высокий уровень надежности и ремонтопригодности.
При изготовлении таких пленочных поглощающих элементов могут быть использованы диэлектрические подложки из различных материалов, таких как поликор, поликристаллический алмаз, керамика AlN, керамика Al2O3, керамика BeO и др. Важнейшие эксплуатационные характеристики, по которым отличаются данные материалы подложек — это коэффициент теплопроводности, диэлектрическая проницаемость и стоимость изготовления.
Стоит отметить также, что основная причина выхода из строя аттенюаторов и нагрузок это несоблюдение режимов работы и превышение уровня допустимой входной мощности СВЧ сигнала. Поэтому аттенюаторы и нагрузки, выполненные на отдельных пленочных поглощающих элементах, являются более надежными и допускают возможность ремонта на элементном уровне.
Таким образом, одним из важных и перспективных направлений для конструирования поглощающих устройств, является использование пленочной микрополосковой технологии. Современные фиксированные СВЧ аттенюаторы и оконечные нагрузки выполненные по данной технологии имеют малые габаритные размеры, высокий уровень надежности и ремонтопригодности.