Согласованные нагрузки
в микрополосковом исполнении
в микрополосковом исполнении
Современные СВЧ-системы включают множество устройств, в которых используются резисторы в качестве оконечной СВЧ нагрузки. Реализация нагрузок в плёночном исполнении представляется наиболее целесообразной для СВЧ диапазона по интегральной технологии. Важным аспектом для всех этих устройств является необходимость заземления одного из выводов пленочных резистивных нагрузок, которое может быть обеспечено прямыми и косвенными способами.
Прямое заземление резистивных оконечных нагрузок реализуется с помощью соединительных металлических проводящих шлейфов, расположенных на краях подложки (рисунок 1 а, б). Кроме того, заземление может быть выполнено через металлизированные сквозные отверстия в подложке (рисунок 1 г). Однако это приводит к снижению надежности при высоком уровне мощности высокочастотного сигнала. Отметим также, что на высоких частотах (более 10 ГГц) качество заземления снижается, что приводит к высоким значениям КСВН.
Косвенное заземление оконечных нагрузок выполняется с помощью разомкнутого шлейфа или емкостной связи с землей через подложку. На первой резонансной частоте шлейфа он действует как короткозамыкатель. Использование разомкнутых шлейфов с низким характеристическим сопротивлением позволяет получить полосы рабочих частот до 30% при обратных потерях 20дБ. Использование конического шлейфа может несколько увеличить это значение.
Прямое заземление резистивных оконечных нагрузок реализуется с помощью соединительных металлических проводящих шлейфов, расположенных на краях подложки (рисунок 1 а, б). Кроме того, заземление может быть выполнено через металлизированные сквозные отверстия в подложке (рисунок 1 г). Однако это приводит к снижению надежности при высоком уровне мощности высокочастотного сигнала. Отметим также, что на высоких частотах (более 10 ГГц) качество заземления снижается, что приводит к высоким значениям КСВН.
Косвенное заземление оконечных нагрузок выполняется с помощью разомкнутого шлейфа или емкостной связи с землей через подложку. На первой резонансной частоте шлейфа он действует как короткозамыкатель. Использование разомкнутых шлейфов с низким характеристическим сопротивлением позволяет получить полосы рабочих частот до 30% при обратных потерях 20дБ. Использование конического шлейфа может несколько увеличить это значение.
Виды пленочных СВЧ резисторов
Рисунок 1- Заземление пленочных СВЧ резисторов:
а - резистор, заземленный через МПЛ; б – резистор, установленный на торце отверстия; в – резистор, установленный на торце подложки; г – резистор, установленный внутри отверстия платы
а - резистор, заземленный через МПЛ; б – резистор, установленный на торце отверстия; в – резистор, установленный на торце подложки; г – резистор, установленный внутри отверстия платы
На рисунке приведены конструкции простейших микрополосковых нагрузок, замкнутых на землю через проводник и шлейф и представляющих собой закороченный отрезок однородной линии передачи с потерями.
Рисунок 2 Микрополосковые СВЧ-резисторы с косвенным заземлением:
а) с одним разомкнутым шлейфом; б) с двумя разомкнутыми шлейфами; в) с кольцевым шлейфом
а) с одним разомкнутым шлейфом; б) с двумя разомкнутыми шлейфами; в) с кольцевым шлейфом
Совместное использование в оконечной СВЧ нагрузке (рисунок 3) двух параллельно включенных резисторов одного номинального значения, один из которых заземлен через разомкнутый на конце шлейф, а другой — через короткозамкнутый на конце шлейф (длины и волновые сопротивления шлейфов равны), позволяет существенно увеличить рабочую полосу частот нагрузки.
Максимальный перегрев неоднородных пленочных резисторов микрополоскового типа наблюдается на входе нагрузки, что вносит дополнительные ограничения на допустимый уровень рассеиваемой мощности. Как правило, мощность таких нагрузок ограничивается величиной 10 Вт.
Максимальный перегрев неоднородных пленочных резисторов микрополоскового типа наблюдается на входе нагрузки, что вносит дополнительные ограничения на допустимый уровень рассеиваемой мощности. Как правило, мощность таких нагрузок ограничивается величиной 10 Вт.
Рисунок 3 - Оконечная нагрузка с комбинированным заземлением
Рисунок 3 - Оконечная нагрузка с комбинированным заземлением
Для устройств с большим уровнем мощности обычно используют распределенные СВЧ нагрузки на основе линии передачи с высоким значением вносимого затухания. На рисунке 4 представлены типовые конструкции распределенных нагрузок. Для получения больших затуханий при ограниченных габаритных размерах резистивная полосковая линия выполняется в виде спирали или меандра (рисунок 4 а,б), причем нагрузка (рисунок 4 в) должна быть реализована в виде меандра с уменьшающимся шагом [25]. Благодаря такому конструктивному решению СВЧ-мощность поглощается равномерно по всей площади диэлектрической подложки, на которую нанесена микрополосковая линия. На рисунке 4 (г, д) представлены распределенные нагрузки с более высоким RS , входное сопротивление которых имеет комплексный характер. Для согласования таких нагрузок по входу необходимы дополнительные согласующие цепи.