RU2327262C2

RU2327262C2 - Microwave coupler

Info

Publication number: RU2327262C2
Application number: RU2006106562/09A
Authority: RU
Inventors: Николай Владимирович Евсеев (RU); Николай Владимирович Евсеев; Иван Леонович Ландсберг (RU); Иван Леонович Ландсберг; Владимир Васильевич Смирнов (RU); Владимир Васильевич Смирнов
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2008-06-20
Also published as: RU2006106562A

Abstract

FIELD: radio electronics.

SUBSTANCE: invention relates to elements of radioelectronic devices, particularly, to wideband signal coaxial transmission lines, and is intended to control power of microwave generators. Microwave coupler comprises a metal housing in the form of rectangular parallelepiped with the connected coaxial main line and control line. The housing has a longitudinal through cylindrical hole, in which a central conductor of the main line is coaxially fixed by the aligned insulators. Rectangular cavity is made between one of faces of the rectangular housing and cylindrical hole surface; a through hole of electromagnetic connection of the main and control lines is made between this rectangular cavity and cylindrical hole surface. Control line comprises a microstrip board with the matched load at one end. Transitions from coplanar to microstrip line are made at the microstrip board. Coplanar line is located at the centre of the microstrip board, which is placed in the rectangular cavity above communication hole.

EFFECT: enlargement of service band more than octave-frequency band.

2 dwg

Description

Изобретение относится к элементам радиоэлектронных устройств - коаксиальным линиям передачи широкополосных сигналов и предназначено для контроля мощности СВЧ-генераторов.The invention relates to elements of electronic devices - coaxial transmission lines of broadband signals and is intended to control the power of microwave generators.

Изобретение может быть применено в радиоэлектронных устройствах на выходе широкополосных СВЧ-генераторов для контроля их работы.The invention can be applied in electronic devices at the output of broadband microwave generators to control their operation.

Уровень техникиState of the art

Известен коаксиальный ответвитель, который содержит коаксиальные основную и контрольную линии с СВЧ-разъемами, петлю связи основной и контрольной линий и согласованную нагрузку, присоединенные к контрольной линии (Справочник по элементам радиотехнических устройств под ред. В.Н.Дулина, М.С.Жука, М., Энергия, 1978 г., стр.465, рис.7-44).Known coaxial coupler, which contains a coaxial main and control lines with microwave connectors, a communication loop of the main and control lines and the coordinated load connected to the control line (Reference on the elements of electronic devices edited by V.N.Dulin, M.S. Zhuk , M., Energy, 1978, p. 465, Fig. 7-44).

За прототип изобретения принят коаксиальный ответвитель, который содержит связанные скрещенные коаксиальные основную и контрольную линии с СВЧ-разъемами, выполненные на отрезках коаксиальной линии. Область электромагнитной связи представляет собой круглую трубу, внутренний диаметр которой больше внутреннего диаметра внешних проводников коаксиальнных линий (Там же, стр.465, рис.7-45).The prototype of the invention adopted coaxial coupler, which contains connected crossed coaxial main and control lines with microwave connectors, made on segments of the coaxial line. The area of electromagnetic coupling is a round tube, the inner diameter of which is larger than the inner diameter of the outer conductors of the coaxial lines (Ibid., P. 465, Fig. 7-45).

Недостатком аналогов является узкая рабочая полоса частот (10%).The disadvantage of analogues is the narrow working frequency band (10%).

Технический результатTechnical result

Техническим результатом изобретения является обеспечение рабочей полосы частот СВЧ-ответвителя более одной октавы.The technical result of the invention is the provision of an operating frequency band of a microwave coupler of more than one octave.

Описание фигурDescription of figures

На фиг.1 представлен эскиз предложенного СВЧ-ответвителя со снятой крышкой прямоугольной полости 8, в которой размещена микрополосковая плата 11.Figure 1 presents a sketch of the proposed microwave coupler with the removed cover of the rectangular cavity 8, which houses the microstrip board 11.

На фиг.2 - сечение СВЧ-ответвителя по Б-Б фиг.1.Figure 2 is a cross section of a microwave coupler according to BB of figure 1.

На фигурах введены обозначения:The following notation is introduced in the figures:

1 - корпус СВЧ-ответвителя;1 - the case of the microwave coupler;

2 - продольное сквозное цилиндрическое отверстие в корпусе 1;2 - a longitudinal through cylindrical hole in the housing 1;

3 - центральный проводник основной линии;3 - the central conductor of the main line;

4 - фланцы с СВЧ-разъемами;4 - flanges with microwave connectors;

5 - СВЧ-разъемы основной линии;5 - microwave connectors of the main line;

6 - изоляторы;6 - insulators;

7 - основная линия ответвителя;7 - main line of the coupler;

8 - прямоугольная полость в корпусе ответвителя;8 - a rectangular cavity in the body of the coupler;

9 - СВЧ-разъем контрольной линии;9 - microwave connector control line;

10 - отверстие электромагнитной связи основной и контрольной линий;10 - hole of the electromagnetic coupling of the main and control lines;

11 - микрополосковая плата;11 - microstrip board;

12 - компланарная линия;12 - coplanar line;

13 - переходные области от компланарной линии к микрополосковой;13 - transition regions from the coplanar line to the microstrip;

14 - отрезок микрополосковой линии;14 - a segment of a microstrip line;

15 - согласованная нагрузка;15 - agreed load;

16 - отрезок микрополосковой линии;16 - a piece of microstrip line;

17 - контрольная линия ответвителя.17 - control line of the coupler.

Конструкция СВЧ-ответвителяMicrowave coupler design

Технический результат изобретения достигается за счет того, что предложенный СВЧ-ответвитель (фиг.1, 2) содержит корпус 1 с фланцами 4, изготовленный из металла в форме прямоугольного параллелепипеда, в котором выполнены связанные коаксиальная основная и контрольная линии, три СВЧ-разъема 5 и 9, два из которых присоединены к основной линии, а один - к контрольной.The technical result of the invention is achieved due to the fact that the proposed microwave coupler (FIGS. 1, 2) comprises a housing 1 with flanges 4 made of metal in the form of a rectangular parallelepiped, in which are connected coaxial main and control lines, three microwave connectors 5 and 9, two of which are attached to the main line, and one to the control line.

В корпусе 1 выполнено продольное сквозное цилиндрическое отверстие 2, в котором на изоляторах 6 соосно закреплен центральный проводник 3 основной линии. Поверхность цилиндрического отверстия 2 служит внешним проводником основной коаксиальной линии.A longitudinal through cylindrical hole 2 is made in the housing 1, in which the central conductor 3 of the main line is coaxially fixed to the insulators 6. The surface of the cylindrical hole 2 serves as an external conductor of the main coaxial line.

Между одной из граней прямоугольного корпуса 1 и поверхностью цилиндрического отверстия 2 выполнена прямоугольная полость 8, а между этой полостью и поверхностью цилиндрического отверстия 2 выполнено сквозное отверстие электромагнитной связи 10 основной и контрольной линий, диаметр которого в два или более раза меньше диаметра отверстия 2.A rectangular cavity 8 is made between one of the faces of the rectangular housing 1 and the surface of the cylindrical hole 2, and a through hole of the electromagnetic coupling 10 of the main and control lines is made between this cavity and the surface of the cylindrical hole 2, the diameter of which is two or more times smaller than the diameter of the hole 2.

Контрольная линия 17 СВЧ-ответвителя содержит микроополосковую плату 11, согласованную нагрузку 13 и СВЧ-разъем 9. На микроополосковой плате 11 выполнены переходные области 13 от компланарной 12 к микрополосковой линии 11. Компланарная линия 12 расположена в центре микрополосковой платы 11, которая размещена в полости 8, над отверстием 10 связи, параллельно ее большим стенкам.The control line 17 of the microwave coupler contains a microstrip board 11, a matched load 13 and a microwave connector 9. On the microstrip board 11, transition regions 13 are made from coplanar 12 to the microstrip line 11. The coplanar line 12 is located in the center of the microstrip board 11, which is located in the cavity 8, above the communication hole 10, parallel to its large walls.

Согласованная нагрузка 13 присоединена к свободному концу компланарной линии, свободный конец микрополоской линии соединен с СВЧ-разъемом контрольной линии.The coordinated load 13 is connected to the free end of the coplanar line, the free end of the microstrip line is connected to the microwave connector of the control line.

Работа СВЧ-ответвителяMicrowave Coupler Operation

Предложенный СВЧ-ответвитель работает следующим образом. При прохождении СВЧ-сигнала по основной линии 7 часть мощности сигнала на уровне минус 35-45 дБ ответвляется через отверстие 10 в полость 8. При этом в компланарной линии 12 возбуждаются две волны, бегущие в противоположных направлениях от места ее возбуждения. Одна из этих волн поглощается в согласованной нагрузке 15, а другая - направляется к боковому разъему 9, который является выходом контрольной линии 17.The proposed microwave coupler operates as follows. When the microwave signal passes along the main line 7, part of the signal power at the level of minus 35-45 dB branches off through the hole 10 into the cavity 8. In this case, two waves are excited in the coplanar line 12, traveling in opposite directions from the place of its excitation. One of these waves is absorbed in the coordinated load 15, and the other is directed to the side connector 9, which is the output of the control line 17.

Широполосная связь основной и контрольной линий СВЧ-ответвителя обеспечивается за счет ненаправленной электромагнитной связи, реализуемой с помощью отверстия 10 и компланарной линии 12. От диаметра отверстия 10 зависит переходное ослабление, чем меньше отверстие, тем больше переходное ослабление ответвителя.The broadband connection of the main and control lines of the microwave coupler is provided by omnidirectional electromagnetic communication, implemented using the hole 10 and the coplanar line 12. The transition attenuation depends on the diameter of the hole 10, the smaller the hole, the greater the transition attenuation of the coupler.

Общие признаки изобретения и прототипаGeneral features of the invention and prototype

СВЧ-ответвитель содержит коаксиальную основную и контрольную линии, электромагнитно-связанные через круглое отверстие во внешнем проводнике основной линии, и три СВЧ-разъема, два из которых присоединены к основной линии, а один - к контрольной.The microwave coupler contains a coaxial main and control lines, electromagnetically connected through a round hole in the outer conductor of the main line, and three microwave connectors, two of which are connected to the main line, and one to the control line.

Отличительные признаки изобретенияFeatures of the invention

СВЧ-ответвитель дополнительно содержит корпус, изготовленный из металла в форме прямоугольного параллелепипеда, в котором выполнено продольное сквозное цилиндрическое отверстие электромагнитной связи основной линии с контрольной, в котором на изоляторах соосно закреплен центральный проводник основной линии, кроме того, между одной из граней корпуса и поверхностью цилиндрического отверстия выполнена прямоугольная полость, причем между прямоугольной полостью и поверхностью цилиндрического отверстия выполнено сквозное отверстие связи, диаметр которого в два или более раз меньше диаметра цилиндрического отверстия, кроме того, контрольная линия содержит микрополосковую плату, на которой выполнены переходные области от компланарной линии к микрополосковой и согласованная нагрузка, присоединенная к свободному концу компланарной линии, кроме того, компланарная линия расположена в центре микрополосковой платы, размещенной в прямоугольной полости над отверстием связи, параллельно ее большим стенкам, а свободный конец микрополоской линии соединен с СВЧ-разъемом контрольной линии.The microwave coupler further comprises a housing made of metal in the shape of a rectangular parallelepiped, in which a longitudinal through cylindrical hole of the electromagnetic connection of the main line with the control is made, in which the central conductor of the main line is coaxially fixed to the insulators, in addition, between one of the faces of the body and the surface a cylindrical hole has a rectangular cavity, and between the rectangular cavity and the surface of the cylindrical hole there is a through hole ide, whose diameter is two or more times smaller than the diameter of the cylindrical hole, in addition, the control line contains a microstrip board, on which the transition regions from the coplanar line to the microstrip are made and a coordinated load connected to the free end of the coplanar line, in addition, the coplanar line is located in the center of the microstrip board, located in a rectangular cavity above the communication hole, parallel to its large walls, and the free end of the microstrip line is connected to the microwave connector Aulnay line.

Пример выполнения СВЧ-ответвителя с волновым сопротивлением 50 Ом и рабочей полосой частот от 8 до 18 ГГцAn example of a microwave coupler with a wave impedance of 50 Ohms and a working frequency band from 8 to 18 GHz

Корпус 1 и все детали основной линии 7 СВЧ-ответвителя выполнены из латуни. Внутренний диаметр D внешнего проводника 2 основной линии равен 7 мм, диаметр d центрального проводника 3 равен 3 мм. Диаметр S отверстия 10 электромагнитной связи равен 3 мм. Отношение диаметров D/S=2,3.The housing 1 and all the details of the main line 7 of the microwave coupler are made of brass. The inner diameter D of the outer conductor 2 of the main line is 7 mm, the diameter d of the central conductor 3 is 3 mm. The diameter S of the hole 10 of the electromagnetic coupling is 3 mm. The ratio of the diameters D / S = 2,3.

Микрополосковая плата 11 имеет размеры 10×12×0,5 мм.The microstrip board 11 has dimensions 10 × 12 × 0.5 mm.

Параметры компланарной линии 12: ширина полоски 1,1 мм, зазор 0,3 мм, длина 3 мм.Parameters of the coplanar line 12: strip width 1.1 mm, clearance 0.3 mm, length 3 mm.

Согласованная нагрузка 15 выполнена в форме треугольника из резистивного материала с удельной проводимостью 100 Ом на квадрат.The coordinated load 15 is made in the form of a triangle of resistive material with a conductivity of 100 ohms per square.

Величина связи контрольной линии с основной в диапазоне частот от 8 до 18 ГГц составляет минус 35±5 дБ, потери в основном канале 0,8 дБ.The value of the control line connection with the main line in the frequency range from 8 to 18 GHz is minus 35 ± 5 dB, the loss in the main channel is 0.8 dB.

Технический результат в такой конструкции СВЧ-ответвителя достигнут. При отношении диаметров D/S=2,3 (больше двух) рабочая полоса больше октавы (18 ГГц/8 ГГц=2,25).The technical result in this design of the microwave coupler is achieved. With a diameter ratio of D / S = 2.3 (more than two), the operating band is more than an octave (18 GHz / 8 GHz = 2.25).

Claims

СВЧ-ответвитель, содержащий коаксиальную основную и контрольную линии, электромагнитно связанные через круглое отверстие во внешнем проводнике основной линии, и три СВЧ-разъема, два из которых присоединены к основной линии, а один к контрольной, отличающийся тем, что дополнительно содержит корпус, изготовленный из металла в форме прямоугольного параллелепипеда, в котором выполнено продольное сквозное цилиндрическое отверстие, поверхность которого служит внешним проводником основной линии, в этом отверстии на изоляторах соосно закреплен центральный проводник основной линии, кроме того, между одной из граней корпуса и поверхностью цилиндрического отверстия выполнена прямоугольная полость, причем между прямоугольной полостью и поверхностью цилиндрического отверстия выполнено сквозное отверстие электромагнитной связи, диаметр которого в два или более раз меньше диаметра цилиндрического отверстия, кроме того, контрольная линия содержит микрополосковую плату, на которой выполнены переходные области от компланарной линии к микрополосковой и согласованная нагрузка, присоединенная к свободному концу компланарной линии, причем компланарная линия расположена в центре микрополосковой платы, размещенной в прямоугольной полости над отверстием связи, а свободный конец микрополосковой линии соединен с СВЧ-разъемом контрольной линии.A microwave coupler containing a coaxial main and control lines electromagnetically connected through a round hole in the outer conductor of the main line, and three microwave connectors, two of which are connected to the main line, and one to the control line, characterized in that it further comprises a housing made of metal in the form of a rectangular parallelepiped, in which a longitudinal through cylindrical hole is made, the surface of which serves as the external conductor of the main line, in this hole on the insulators is coaxially fixed a central conductor of the main line is provided, in addition, a rectangular cavity is made between one of the faces of the housing and the surface of the cylindrical hole, and a through hole of electromagnetic coupling is made between the rectangular cavity and the surface of the cylindrical hole, the diameter of which is two or more times smaller than the diameter of the cylindrical hole, in addition , the control line contains a microstrip board, on which the transition regions from the coplanar line to the microstrip are made, and a coordinated load, attached to the free end of the coplanar line, the coplanar line being located in the center of the microstrip board placed in a rectangular cavity above the communication hole, and the free end of the microstrip line is connected to the microwave connector of the control line.