CC BY
67показали, что, независимо от метода обработки отражённых сигналов, наибольшую опасность могут представлять ретранслированные помехи. Полученные результаты позволяют:
• оценить перспективы построения как наземных, так и бортовых СШП-шумовых РЛС, функционирующих в реальной электромагнитной обстановке с учётом применения конкретных средств РЭП;
• определить в зависимости от условий применения и назначения СШП-шумовых РЛС оптимальные способы обработки отражённых сигналов (ДСА или ВКО).
Библиографический список
1. Щербак, Н. Сверхширокополосная радиолокация // Электроника: НТБ, 2001. № 4. С. 38-46.
2. Пуарье. Возможность использования шумового квазимонохроматического сигнала в радиолокации // Зарубежная радиоэлектроника. 1969. № 7. С. 12-22.
3. Калинин, В.И. Эффективность двойного спектрального анализа в шумовой радиолокации при действии отражений от местных предметов / В.И. Калинин, В.В. Чапурский // Радиотехника и электроника. 2006. Т. 51. № 3. С. 303-313.
4. Калинин, В.И. Сверхширокополосная шумовая радиолокация на основе антенных решёток с рециркуляцией сигналов / В.И. Калинин, В.В. Чапурский // Радиотехника и электроника. 2008. Т. 53. № 10. С. 1266-1277.
5. Расчёт соотношения сигнал/шум для радиолокационной станции, работающей по методу двойного спектрального анализа шумового сигнала / Залогин Н.Н. [и др.] // Радиотехника и электроника. 1993. Т. 38. № 2. С. 278-286.
6. Мырова, Л.О. Модель радиоэлектронного подавления и обеспечения помехоустойчивости радиорелейных и тропосферных средств связи нового поколения / Л.О. Мырова, А.И. Янкин, А.В. Мигула // Технологии ЭМС. 2012 № 2 (41) С. 73-78.
Дата поступления в редакцию 10.10.2012
S.V. Katin, A.V. Kashin, V.A. Kozlov, A.L.Kunilov
POTENTIAL INTERFERENCE RESISTANCE CLOSE RADARS WITH UWB-NOISE SIGNALS
Measuring system research institute n. a. Yu.Ye. Sedakov, Nizhny Novgorod
Purpose: The objects of the paper are investigations of interference resistance UWB-noise radars with cross-correlation signal processing and double spectral analysis method under effect of deliberate and non-deliberate interferences.
Design/methodology/approach: The radar model and interference signal model are given.
Findings: It is possible, for example, to apply the results for estimation of possibility UWB-noise radars designing, with may be used under effect of active interferences.
Research limitations/implications: UWB-noise radars with cross-correlation signal processing is more available compared with UWB-noise radars, based on double spectral analysis method
Originality/value: The present study provides a starting-point for creation of practical designing method for specialists and engineers.
Key words: UWB-noise radars, active interferences, interference resistance, computer modeling.
УДК 621.372.8
Л.Г. Рудоясова, Г.И. Шишков, В.В. Щербаков ТОНКИЕ РЕЗИСТИВНЫЕ ПЛЕНКИ В УСТРОЙСТВАХ СВЧ И КВЧ
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева
Описаны физические основы работы и даны технические характеристики коаксиальных фиксированных широкополосных аттенюаторов.
Ключевые слова: резистивные пленки, волноводы, дисперсионные характеристики, пластинчатые резисторы, фиксированные аттенюаторы, ослабление, погрешности.
Введение
Тонкие (много меньше толщины скин-слоя) резистивные пленки широко применяются технике в СВЧ уже достаточно давно [1].
Резистивные пленки на плоских диэлектрических пластинах (подложках) используются в волноводной технике в качестве нагрузок, фиксированных и переменных аттенюаторов, а также в высокоточных поляризационных аттенюаторах.
Основой коаксиальных нагрузок являются цилиндрические резисторы (сопротивления). На цилиндрических и шайбовых резисторах созданы коаксиальные аттенюаторы в диапазоне от постоянного тока до нижней границы СВЧ-диапазона.
Тонкие резистивные пленки используются в качестве поглощающих элементов в составе СВЧ гибридно-интегральных схем, в устройствах для непосредственного измерения мощности в СВЧ-диапазоне. Такие пленки на диэлектрических подложках применяются в качестве узлов связи в волноводных направленных ответвителях для обеспечения равномерности переходного ослабления и коэффициента направленности. Тонкие резистивные пленки нашли применение в конструкциях микрополосковых линий передачи в качестве элементов подавления высших типов волн [2].
Применение тонких резистивных пленок на диэлектрических подложках в круглых, эллиптических и прямоугольных волноводах явилось прорывом в создании наиболее распространенных устройств СВЧ и КВЧ широкополосных коаксиальных аттенюаторов.
Один из авторов данной статьи в 1960 году впервые в мировой практике для создания широкополосных коаксиальных аттенюаторов предложил использовать новую электродинамическую структуру: отрезок круглого волновода, в диаметральной плоскости перегороженного тонкой резистивной пленкой на диэлектрической подложке (пластинчатым резистором).
В дальнейшем для улучшения технических характеристик аттенюаторов (равномерности ослабления по частоте, степени согласования с внешним трактом) стали применять отрезки эллиптических волноводов.
Исследования прямоугольных волноводов с тонкими резистивными пленками на диэлектрических подложках привели к усовершенствованию аттенюаторов на полосковых линиях [3,4] и улучшению технических характеристик волноводных аттенюаторов.
Первоначально разработки пластинчатых резисторов и аттенюаторов на их основе базировались на экспериментальных исследованиях.
Расширение диапазона частот до 18 ГГц и выше потребовало проведения исследований на электродинамическом уровне неоднородных волноведущих структур с резистивными пленками и диэлектриками, поскольку введение их в полые волноводы приводит к значительным качественным изменениям характеристик распространения волн.
Рассмотрим основные электродинамические характеристики в круглом, эллиптиче-
© Рудоясова Л.Г., Шишков Г.И., Щербаков В.В., 2012.
ском и прямоугольном волноводах с тонкими резистивными пленками на диэлектрических подложках.
Рассмотрим круглый волновод, диаметрально перегороженный диэлектрической пластиной с нанесенными по одну или обе ее поверхности тонкими резистивными пленками, который является основной электродинамической структурой, используемой на практике для создания широкополосных коаксиальных аттенюаторов.
На рис. 1 представлено поперечное сечение такого волновода с двумя резистивными пленками.
Рис. 1. Круглый волновод с резистивными пленками на диэлектрической подложке:
а - радиус волновода; Ь - половина толщины подложки; в12, ц1>2 - диэлектрическая и магнитная проницаемости областей 1,11; До - поверхностная проводимость пленок;
А - толщина пленок
Будем считать, что стенки волновода идеально проводящие. Поскольку граничные условия на пленке могут быть удовлетворены только при использовании полных наборов собственных функций выделенных областей I и II, то электрические и магнитные вектора Герца, описывающие поля в этих областях, записываем в виде
Круглый волновод с резистивными пленками
"У
x *-
00
к=1
(1)
00
к=1
к=1,3,5... для области I;
00
An -Xi
п(а2г) ■ sin(2n + 1)ф ■ е
71 = 0
00
71=0
п=0,1,2.3... для области II,
где
/2П+1О2Г) -^2п+1(а2а) /2П+1 (а2а) ■ М2п+1(а2г)
Х1п(а2г) =
/2П+1О2 Ь)-^2п+1(а2а) /гп+1 (а2а) ■ М2п+1(а2Ь) ' , . = /2П+1О2Г) ■ ^п+1(а2а) - /2п+1(а2а) ■ Л^п+хОгг)
/2П+1 (а2Ь) ■ М2п+1(а2а) - /2п+1(а2а) ■ М2п+1(а2Ь) - линейные комбинации функций Бесселя /2п+1 ( а2г) и Неймана М2 п+1(сх2г) , обеспечивающие выполнение граничных условий по поверхности волновода г=а [5]. Волновые числа связаны соотношениями
в 1 [I 1оо 2 = а 2К + ( ктг/ 2 а) 2 + (2 , а2 к + ( ктг/ 2 а) 2 = а2, е2ц.2оо 2 = а2 + (3 2. (3)
Поскольку рассматриваемая система имеет потери, продольное в и поперечные а^2 волновые числа полагаем комплексными: а1;2 = у1;2 + /51;2, в = в1 + /р2, а1к = у1к + /51к.
Ввиду симметричности системы относительно оси х, для составления дисперсионного уравнения достаточно реализовать граничные условия только на одной из пленок.
На границе у = Ь г = ^х2 + Ъ2 , с о б ф = х/^х2 + Ъ 2 , б 1 пф=Ъ /Ух^+ЪГ
Выражая компоненты поля, тангенциальные по отношению к этой границе, через вектора Герца, подставляем их в граничные условия, соответствующие методу поверхностного тока [6]:
Егг(у = Ь) = Ег2 (у = Ъ), Ех1(у = Ь) = Ех2(у = Ъ),
(4)
Н21(у = ъ) - Нг2(у = Ъ) = -ДоЕх1{у = Ъ), Нх1(у = Ъ) - Нх2(у = Ъ) = А<гЕ21(у = Ъ),
которые приводят к системе четырех функциональных уравнений:
00 00
а 2 ^ Ак ■ с о б ктгх/ 2 а ■ б 1 п а 1 КЬ = а2 ^ А« ■ N 1 п ( а27х2 + Ъ2 ) ■ б 1 п ( 2 п + 1 ) ф, ( 5 )
00
^ [ (3Ак к 7г/2 а + со ^ а1 к5к] ■ б 1 пктсх/ 2 а ■ б 1 п а1 кЪ = — ^ [ (3Апа2 ■ N 2п ( а2 ^х2 + Ъ 2 ) —
к=1 71=0
00
00 Ц2 / /-\ V-1 (3(2 71 + 1)
— -===■ ( 2 п+1^) 5^2 п(а2Ух2+Ъ2 )] ■ Б 1 п ( 2 П + 1^) ф^с о Бф + > [-===ЛП* Ух2+Ъ2 4 у ^'Ух2+Ъ2
п=1
* N 1п ( а2 7х2 + Ъ 2 ) — с [2а2 2 п ( а2 7х2 + Ъ2 )] ■ с о б ( 2 п + 1) ф ■ б 1 пф, ( 6)
1п
00
а 2 ^ 5к ■ б 1п к 7гх/2 а ■ с о б а 1 кЪ — а| ^ 5« ■ N 2 п ( а2 ^х2 + Ъ 2 ) ■ с о б ( 2 п + 1 ) ф =
К=1 71 = 0
00
= — / Д а^ [//ктг/ 2 а Л к + о [I 1а1 к5к] ■ б 1 пктгх/ 2 а ■б 1 па1 кЪ , ( 7)
К=1
оо оо
^[оов 1а1 кАк — (3 ктг/ 2 а 5к] ■ с о б ктгх/ 2 а ■ с о б а1 кЪ — ^ [ 2 — ( 2 п + 1 ) А« *
' Ух2 + Ъ2
К=1 71=1
оо
* N 1 п ( а2 ^х2 + Ъ 2 ) — //а2 N 2 п ( а2^х2 + Ъ2 ) 5«] ■ с о б ( 2 п + 1 ) ф ■ с о б ф + ^ [о в2а2 *
71=1
* N 2п ( О2 7х2 + Ъ 2 ) — ( (22п++й 1 ) N 2 п ( О27х2 + Ъ 2 )] ■ Б 1 п ( 2 п + 1) ф ■б 1 пф =
00
= —/Д а а2 ^ Ак ■ с о б ктгх/ 2а ■ б 1 п а1 кЬ . ( 8)
к=1
Используя в соответствии с методом частичных областей условия ортогональности собственных функций на интервале х £[0 - а], переходим от системы функциональных уравнений (5-8) к бесконечной системе линейных однородных алгебраических уравнений относительно коэффициентов Ак, Вк, Ап, Вп.
Запись условия нетривиальности решений этой системы приводит к дисперсионному уравнению волн в рассматриваемом волноводе.
Выражая Ак и Вк через Ап и Вп, приходим к бесконечной системе линейных однородных алгебраических уравнений относительно неизвестных коэффициентов Ап и Вп:
^ ' ( R пк- п КВП) — 0 , ^ ' ( Lпк- п Мпкßn) — 0,
(9)
71 = 0
71=0
где Кпк> ^ШЬ -^пк, Мпк - сложные функции частоты, индексов волн, геометрических и электрических параметров структуры [7]. Результаты решения дисперсионного уравнения при заданных параметрах До, 81, а и Ь приведены на рис. 2. Расчет проведен при удельном поверхностном сопротивлении пленки 7?п=100 Ом/п (Кп=1/ Ао)-
е,= 5 а = 3,5 мм б = 0,25 мм
Д'ММ ~fi>i' мм
1.6" -0,6
14- < 9 •^Цв
l.t ■0.4 Л
t,0-
Ц8 ■0.3
0,6 0.2
0,4 ■0.1
ОД
10 20/^-30 40 50 60 70 80 90 ¿ГГц
Рис.2. Зависимость фазовой постоянной ßi и коэффициента затухания ß2 от частоты
Из рис. 2 видно, что кривые зависимости фазовой постоянной р1 и коэффициента затухания р2 от частоты имеют общую закономерность. Исследуемая волна не имеет критической частоты. Отсутствует скачок фазовой постоянной и коэффициента затухания при переходе через частоту, соответствующую критической частоте полого волновода. Затухание с увеличением частоты уменьшается. При этом резкий его спад наблюдается вблизи критической частоты волны Н11 полого круглого волновода. Фазово-частотная характеристика на частотах / 1 1 прилегает к характеристике волны Н11 полого круглого волновода, в связи с чем рассматриваемую волну можно классифицировать как квази-Н11.
Результаты расчета показывают, что рассматриваемый волновод на основной волне является существенно диссипативной системой лишь до частоты, соответствующей критической частоте волны Н11. При этом неравномерность затухания в диапазоне / £ [0 -/^р1 1] можно регулировать параметрами пленки и диэлектрической подложки.
Одной из важнейших является характеристика затухания в зависимости от частоты. Резкий спад затухания (рис. 2) вблизи критической частоты волны квази-Н11 можно объяснить следующим образом. В волноводе с резистивной пленкой на частотах меньше критической затухание определяется двумя факторами: поглощением в пленках и частичной запре-дельностью волновода (частичной потому, что при наличии пленки имеется распространение
энергии). При подходе к критической частоте затухание за счет запредельности волновода уменьшается, и на частотах выше критической остается только поглощение в пленке.
Для всех экранированных неоднородно заполненных волноводов с резистивными пленками характерна общая закономерность: при всех Яп - уменьшение затухания с ростом частоты. Она объясняется втягиванием с ростом частоты поля в диэлектрик и уменьшением за счет этого его величины на резистивной пленке, а также с уменьшением влияния запредельного режима.
В круглом волноводе для равномерно распределенной резистивной пленки существует область значений Яп £ [90 -120] Ом/^ оптимальной как с точки зрения получения минимального погонного затухания, что важно для создания аттенюаторов с малым ослаблением, так и с точки зрения обеспечения максимально равномерного ослабления аттенюаторов в рабочем диапазоне частот, начиная от постоянного тока. Влияние диэлектрической проницаемости подложки на коэффициент затухания тонких резистивных пленок экспериментально и теоретически исследовано в [8,9].
Результаты расчета коэффициента затухания волны квази-Н11 показали, что на низких частотах / <(2-3) ГГц диэлектрик практически не влияет на структуру поля и соответственно на затухание волны. На высоких частотах электромагнитное поле все более втягивается в диэлектрик и сильнее взаимодействует с пленкой. Возрастание затухания при увеличении 8 диэлектрика подложки начинает сказываться при соотношении 2ла/Х > 0,85.
При расчете электродинамических характеристик рассматриваемой структуры предполагалось, что тонкий поглощающий (резистивный) слой равномерно распределен по поверхности подложки. Однако практически это не всегда выполняется. На степень равномерности распределения пленки влияют технологический процесс нанесения слоя и его юстировки (подгонки), качество поверхности подложки и другие факторы.
Влияние неравномерности резистивного слоя пластинчатого резистора на зависимость ослабления аттенюатора от частоты исследовано экспериментально в [10].
В работе показано, что неравномерность резистивного слоя серийных малогабаритных резисторов является достаточно малой и в диапазоне частот до 18 ГГц (коаксиальный тракт сечением 7/3,04 мм) оказывает минимальное влияние на частотную зависимость ослабления аттенюаторов. Это влияние становится еще меньше в диапазонах частот до 26 (коаксиальный тракт сечением 3,5/1,52 мм) и до 50 ГГц (коаксиальный тракт сечением 2,4/1,04 мм).
Проведенные экспериментальные исследования показали эффективность применения эллиптических волноводов при разработке коаксиальных аттенюаторов СВЧ-диапазона волн [11]. Теоретические исследования полей в волноводах эллиптического сечения с резистив-ными пленками связано со значительными математическими трудностями расчета функций Матье в комплексной плоскости.
В [12] было получено решение комплексного дисперсионного уравнения для двухслойного эллиптического волновода на основе приближенного представления функций Ма-тье в комплексной плоскости.
Эллиптический волновод с резистивной пленкой
а)
б)
Рис. 3. Эллиптический волновод с резистивной пленкой на диэлектрической подложке
(а) и его математическая модель (б)
Эллиптический волновод с тонкой резистивной пленкой на диэлектрической подложке показан на рис. 3, а. Математическая модель волновода с пленкой показана на рис. 3, б. Экран выбран эллиптическим с размерами осей, как у реального волновода. Диэлектрическая пластина заменена эллиптическим цилиндром в соотношении его осей 10:1. Гальванический контакт пленки, находящейся на поверхности диэлектрика, с экраном обеспечен введением продольных идеально проводящих тонких перегородок вдоль продольной оси экрана, не нарушающих структуру поля четной волны ИЕц4 в двухслойном эллиптическом волноводе с пленкой.
Расчеты дисперсионных характеристик и характеристик затухания, проведенные для разных величин удельного поверхностного сопротивления в диапазоне частот 1-7,5 ГГц, показали наличие частот, характерных для критических частот, на которых исчезает взаимодействие поля с резистивной пленкой. Эта критическая частота совпадает с критической частотой волны ИЕц4 в двухслойном эллиптическом волноводе без пленки.
Из расчетов следует, что в диапазоне частот до 5 ГГц подбором конфигурации эллиптического волновода возможно уменьшение частотной зависимости ослабления аттенюаторов с 10 до 2% от величины ослабления 20 дБ.
Аналогичные результаты получены ранее экспериментально [11]. В серийные коаксиальные аттенюаторы типа ДО-2 (коаксиальный тракт сечением 16/7 мм), выполненные на пластинчатых резисторах С2-20 с односторонним резистивным покрытием, были поставлены экспериментально подобранные по длине (не выходящей за предел длины резистивного слоя) и по профилю латунные (как и металл корпусов аттенюаторов) эллиптические вкладыши. Они образовывали эллиптические волноводы с резистивными пленками на диэлектрических подложках.
Измерение ослабления и КСВН проводились на аттенюаторах с ослаблением 5,10, 15 и 20 дБ в диапазоне от постоянного тока до 5 ГГц. С применением вкладышей величина КСВН аттенюаторов уменьшалась с 1,9 до 1,25, а отклонение (разброс) ослабления на верхних частотах в процентах к ослаблению на постоянном токе для каждого из аттенюаторов уменьшался с 15-20 до 2%.
В аттенюаторах, волноводы которых имеют диаметры 3,5 мм и 2,4 мм, конструктивно сложно вводить эллиптические вкладыши. В таких аттенюаторах вместо вкладышей применяются так называемые регулировочные металлические винты.
Прямоугольный волновод с резистивной пленкой
Исследованию свойств прямоугольных волноводов с резистивными пленками посвящено немало работ, в том числе [13-15].
Рассмотрим прямоугольный волновод с изотропной резистивной пленкой, примыкающей к диэлектрику. Поперечное сечение волновода изображено на рис. 4.
У Ь
0
-Ь
а.1 а2
Рис. 4. Прямоугольный волновод с резистивной пленкой на диэлектрике
Полагаем, что стенки волновода идеально проводящие, резистивная пленка - тонкая, 8, ц диэлектрика - действительные величины. С учетом этого при постановке задачи можно воспользоваться методом поверхностного тока [6].
Из-за наличия в пленке как продольных, так и поперечных токов поля волн в волноводе в общем случае являются гибридными. При решении дифракционной задачи поле в волноводе с пленкой представим в виде набора гибридных волн. Запишем продольные компоненты обоих векторов Герца в выделенных областях:
П®! = Ах • sin кх1х ■ sin к у (у — tí) ■ e~l$z,
(10)
П£ = В1 ■ cos кх1х ■ cos ку(у-Ъ)-е
для области I;
Щ2 = А2 ■ sin кх2(х -а3) ■ sin ку(у - Ъ) ■ e~t(3z,
(11) .
= В2 ■ cos кх2(х —а3) ■ cos ку(у — Ь) ■ е
для области II.
В выражениях (10) и (11) введены следующие обозначения:
Ку = ПИ/2 Ь , Кх ! = J £ ЦО 2 - Ку2 - Р2 , Кх2 = J S0|i0W2 -Ку2 - Р 2 , Р = Р 1 + í Р 2 ,
где Pi,2 - продольные волновые числа.
Суть метода поверхностного тока заключается во введении разрывного граничного условия на резистивной пленке для тангенциальных компонент магнитного поля при сохранении условия непрерывности для тангенциальных компонент электрического поля. Граничные условия в плоскости пленки при х = а2 записываются при этом в виде
Ey1= Ey2, Ezl= Ez2, Hy2- Hyi=jz пов, Hz2- Hzl= - jy пов, (12)
где jz пов=Аа Ez2, jy пов=Аа Ey2, g - удельная проводимость пленки, A - ее толщина.
Применение метода поверхностного тока позволяет исключить из рассмотрения поля в области х £ [a1 -a2], занимаемой резистивной пленкой.
Выражая компоненты поля через вектора Герца и подставляя их в граничные условия (12), получаем систему четырех алгебраических уравнений относительно неизвестных амплитудных коэффициентов А1, А2, B1, B2. Понижая ее порядок, приходим к системе двух линейных алгебраических уравнений относительно А1, А2. Записывая условие нетривиальности решений системы, получаем дисперсионное уравнение двухслойного прямоугольного волновода с резистивной пленкой между слоями.
Результаты решения системы уравнений в виде фазовых характеристик и характеристик затухания приведены в [16]. Рассматриваемая гибридная волна в двухслойном волноводе без пленки соответствует волне LE11. В отличие от обычных волноводов с потерями в стенках, дисперсионные характеристики волны в исследуемом волноводе имеют плавный характер. При переходе через частоту, соответствующую критической волновода без пленки, отсутствует скачек дисперсионных характеристик.
Наибольший интерес при создании аттенюаторов представляет зависимость постоянной затухания от частоты. Она имеет два характерных участка. В пределах значений 2ла3/Х от нуля до 3,5 участок кривой относительно пологий, далее начинается резкое уменьшение затухания, связанное с концентрацией поля в диэлектрике. Затухание изменяется в зависимости от величины удельного поверхностного сопротивления Яп при одинаковой диэлектрической проницаемости 8 подложки.
Можно подобрать такое Яп пленки, при котором постоянная затухания практически не будет зависеть от частоты в достаточно широкой полосе частот. При различных значениях диэлектрической проницаемости подложки затухание практически неизменно. Диэлектрическая проницаемость существенно влияет на характеристики затухания лишь на высоких частотах (2ла3А=7).
В [17] рассмотрены результаты решения методом поверхностного тока краевой задачи для прямоугольного волновода, разделенного вдоль его оси анизотропно (в направлении оси у) проводящей резистивной пленкой (рис. 5).
i
AG
2
1
-►
-b 0 a
Рис. 5. Прямоугольный волновод с резистивной пленкой
В таком волноводе могут существовать волны типа Нт0. При симметричном расположении резистивной пленки с затуханием будут распространятся лишь волны с нечетным индексом т. У волн с четным индексом касательные к поверхности резистивной пленки компоненты электрического поля равны нулю, в результате чего все волновые числа являются либо действительными, либо мнимыми величинами. В общем случае при произвольном (по оси х) расположении резистивной пленки в волноводе также могут существовать волны типа Нт0. Однако, за исключением случаев а/Ь = п/1 (п,1 - целые положительные числа), все волны будут распространятся с затуханием.
Получены дисперсионные характеристики волны Н10 для волновода с симметрично расположенной пленкой. При больших поверхностных сопротивлениях резистивной пленки (порядка 300-3000 Ом/и) дисперсионная характеристика близка к дисперсионной характеристике полого прямоугольного волновода. При этом у волны Н10 в рассматриваемом волноводе с пленкой отсутствуют критические частоты. Резкое увеличение фазовой постоянной в1 происходит в области частот, прилегающих критической частоте волны Н10 полого волновода. При этом происходит также резкое уменьшение постоянной затухания в2. При уменьшении поверхностного сопротивления зависимость фазовой постоянной от частоты изменяется во всем диапазоне частот, начиная от постоянного тока. При оптимальном выборе поверхностного сопротивления резистивной пленки можно добиться постоянства коэффициента затухания в широкой полосе частот.
Это качество прямоугольного волновода с тонкой резистивной пленкой, как и прямоугольного волновода с такой же пленкой на диэлектрической подложке, делает их перспективными при создании волноводных СВЧ- и КВЧ-аттенюаторов с равномерным ослаблением в диапазоне волновода.
Технические характеристики коаксиальных фиксированных широкополосных аттенюаторов
Результаты теоретических и экспериментальных исследований неоднородных волно-ведущих структур с тонкими резистивными пленками положены в основу разработок высокоточных широкополосных коаксиальных аттенюаторов. Основным элементом таких аттенюаторов является пластинчатый резистор. На рис. 6 показана наиболее распространенная конструкция пластинчатого резистора в виде прямоугольной диэлектрической пластины с нанесенной на одну или обе ее стороны тонкой резистивной пленкой и контактными площадками.
Контакт центральный Слой резистивный Контакты корпусные
Рис. 6. Пластинчатый резистор:
Ь - длина резистивного слоя; В - ширина резистивного слоя равна диаметру участка круглого волновода аттенюатора; т - ширина центральных контактов равна диаметру центрального проводника коаксиальной линии
Для точечных центральных контактов величина ослабления сигнала на единицу длины резистивного слоя А = 8,68 л/О дБ/ед.длины. Величина входного (выходного) сопротивления резистора на постоянном токе при подключенной к выходу (входу) нагрузки (50 ± 0,1) Ом составляет (50 ± 0,5) Ом. На рис. 7 и рис. 8 показаны внешний вид и узлы аттенюаторов в коаксиальном тракте сечением 7/3,04 мм.
Рис. 7. Внешний вид аттенюаторов Рис. 8. Узлы аттенюаторов
Современные пластинчатые резисторы изготавливаются на керамической подложке (поликоре толщиной 0,5 мм и 0,25 мм, 8=9,6) с использованием тонкопленочной технологии. Резистивный сплав - РС 5406 К-№, контактные поверхности - золото.
В Нижегородском НИПИ «Кварц» разработаны пластинчатые резисторы С6-8 с двухсторонним резистивным покрытием. На их базе созданы фиксированные коаксиальные аттенюаторы модели 148 (коаксиальный тракт сечением 7/3,04 мм), работающие в диапазоне от постоянного тока до 18 ГГц, с номинальными значениями ослабления 3, 6, 10, 20, 30 дБ, погрешностью ослабления не более ± 1,0 дБ для аттенюаторов до 20 дБ и ± 1,5 дБ для аттенюа-
торов 30 дБ. Величина КСВН не превышает 1,6, входная мощность - 1 Вт, габариты -024x74 мм [18].
С освоением миллиметровых волн были разработаны малогабаритные пластинчатые резисторы габаритами 5,5x7,0x0,5 мм и 4,4x5,5x0,25 мм, имеющие двухстороннее резистив-ное покрытие.
На базе малогабаритных резисторов созданы коаксиальные аттенюаторы модели 1016, работающие в диапазоне от постоянного тока до 26,5 ГГц (коаксиальный тракт сечением 3,5/1,52 мм) и модели 1007 - в диапазоне от постоянного тока до 50 ГГц (коаксиальный тракт сечением 2,4/1,04 мм). Номинальные значения ослабления обеих моделей аттенюаторов 3, 6, 10, 20, 30 дБ. Аттенюаторы модели 1016 имеют погрешность по ослаблению ± (0,7-1,5) дБ в зависимости от величины ослабления и КСВН не более 1,1 - 1,5 в зависимости от частоты. Входная мощность - 1 Вт, габариты - 013x31 мм. Аттенюаторы модели 1007 имеют погрешность по ослаблению ± (0,7-3,5) дБ в зависимости от величины ослабления и поддиапазона частот (0 - 26,5 ГГц, 26,5 - 37,5 ГГц, 37,5 - 50 ГГц) и КСВН не более 1,35-2,1 в зависимости от частоты. Входная мощность - 0,5 Вт, габариты - 012,2x28 мм.
Дальнейшее улучшение характеристик коаксиальных аттенюаторов на пластинчатых резисторах связано в основном с изменением конфигурации резистивной пленки (например, в виде сетки для резисторов с одно или двухсторонним покрытием), повышением идентичности величин удельного поверхностного сопротивления (для резисторов с двухсторонним покрытием), повышением равномерности резистивного слоя (для пластинчатых резисторов со сплошной резистивной пленкой), уменьшением переходного сопротивления между рези-стивной пленкой и контактными площадками резистора, совершенствованием возбуждающих (воспринимающих) электродов аттенюаторов.
Библиографический список
1. Слуцкая, В.В. Тонкие пленки в технике СВЧ/ В.В. Слуцкая. - М.: Сов. радио, 1967 .- 456с.
2. Патент 2024120 РФ. Микрополосковая линия передачи / А.И. Гулин, В.К. Майстренко, А.А. Ра-дионов, С.Б. Раевский, Г.И. Шишков // Б.И. 1994. Бюл. № 22.
3. А С. 240789 СССР. Фиксированный аттенюатор/Г.И. Шишков, В.М. Бунтилов // Б.И. 1969. № 13.
4. А.С. 866617 СССР. Фиксированный аттенюатор/Г.И. Шишков, В.М. Бунтилов, Ю.А. Горя-чев//Б.И. 1981. Бюл. № 35.
5. Веселов, Г.И. К теории двухслойного диэлектрического волновода в цилиндрическом экране/Г.И. Веселов, Л.А. Любимов // Радиотехника и электроника. 1963. Т.8. №9. С. 15301536.
6. Раевский, С.Б. К теории двухслойных волноводов с резистивной пленкой между слоями / С.Б. Раевский // Изв. вузов СССР. Сер. Радиофизика. 1974. Т.17. № 11. С. 1703-1706.
7. Шишков, Г.И. О применении круглого волновода с резистивными пленками на диэлектрической подложке в СВЧ аттенюаторах // Техника средств связи. Сер. РИТ. 1982. Вып.6. С. 46-53.
8. Бунтилов, В.М. Анализ затухания круглого волновода с резистивными пленками на диэлектрической подложке / В.М. Бунтилов, А.Е. Иванов, Г.И. Шишков // Техника средств связи. Сер. РИТ. 1983. Вып.6. С. 65 - 68.
9. Иванов, А.Е. Расчет волноводов с резистивными пленками для тонкопленочных СВЧ аттенюа-торов/А.Е. Иванов, Г.И. Шишков//Вестник Верхне-Волжского отделения Академии технологических наук РФ. Сер. Высокие технологии в радиоэлектронике. 1997. Вып.1. С. 86 - 90.
10.Бунтилов, В.М. Влияние неравномерности поглощающего слоя пластинчатого резистора на ослабление аттенюатора/ В.М. Бунтилов, С.П. Макарычева, Г.И. Шишков// Техника средств связи. Сер. РИТ. 1979. Вып.7. С. 54 - 57.
11.Бунтилов, В.М. Улучшение параметров аттенюаторов с пластинчатым резистором/ В.М. Бунтилов, Г.И. Шишков//Обмен опытом в радиопромышленности. 1970. Вып. 3. С. 88 - 90.
12.Белов, Ю.Г. Двухслойный экранированный эллиптический волновод с резистивной плен-кой/Ю.Г. Белов, О.И. Раевская, С.Б. Раевский, Г.И. Шишков//Техника средств связи. Сер. РИТ. 1982. Вып.2. С. 39 - 45.
