Конструкции стробсмесителей сантиметрового диапазона

Требования к широкополосности стробоскопических смесителей и преобразователей частоты, успехи развития полупроводниковой радиоэлектроники (создание бескорпусных диодов с малыми паразитными параметрами, диодов с балочными выводами) предопределили и стимулировали исследование и проектирование стробсмесителей на микрополосковых линиях в виде ГИС СВЧ.

Рассмотрим наиболее широкополосные конструкции балансных стробсмесителей, которые находят применение при разработке современной РИА в диапазоне частот до 20-40 ГГц.Используя результаты приведенных в разделе 3.1 расчетов, в соответствии с рисунком 3.1.1 реализован один из первых в стране вариант широкополосного (до 18 ГГц) стробсмесителя в микрополосковом исполнении в виде ГИС СВЧ [117, 143-145], нашедший применение в разработках РИА [213, 215-218].

Стробсмеситель изготовлен по тонкопленочной гибридной технологии на диэлектрической подложке поликора толщиной 0,5 мм. Для формирования конструктивных накопительных конденсаторов в стробсмесителе (рис. 3.1.1). со стороны «земляного» покрытия делаются пазы. Толщина диэлектрика здесь достигает 0,15-0,1 мм, что соответствует номиналу накопительных конденсаторов 1 пФ. Готовые платы монтируются и устанавливаются в миниатюрные корпуса с СВЧ выходными разъемами тракта 3,5/1,5 мм.

В качестве смесительных диодов используются серийно выпускаемые 2А125А-3, 2А131А-3, элементы смесительные [146,147] и др., в качестве нагрузки линии гетеродина - миниатюрные резисторы С6-9, С6-2А или резистивные элементы, напыленные на подложке.Характеристики КСВН двух экспериментальных образцов стробсмесителей представлены нарисунке 3.2.1.

Описанный выше вариант конструкции стробсмесителя имеет много разновидностей в части выполнения накопительных конденсаторов, способа монтажа и места расположения смесительных диодов, реализации встроенной согласованной нагрузки сигнального тракта. Некоторые из них представляют практический интерес и рассматриваются ниже.

Для диэлектрических подложек с достаточно высокой диэлектрической проницаемостью, например, поликора (є = 9,8) толщиной 0,2 - 0,5 мм можно обойтись при изготовлении накопительных конденсаторов без выполнения глухих металлизированных отверстий со стороны экрана, что существенно повышает технологичность изготовления смесителя. В этом случае размеры и форму площадок накопительных конденсаторов (позиция 5 рис. 3.1.1) выбирают из компромисса: реализации достаточно большого номинала С : 0,5-1 пФ и устранения собственных резо-нансов в рабочей полосе частот стробсмесителя. При диаметре круглой площадки 1,4 мм и толщине подложки 0,2 ммС 0,7 пФ, а резонансная частота колебаний волны низшего типа квази Е около 32 ГГц [ 126].

Таким способом реализованы накопительные конденсаторы в большинстве разработанных нами стробпреобразователей (модели 7021-7024 таблицы 1 Приложения и др.).Заслуживают внимания варианты реализации накопительных конденсаторов с помощью толстопленочной технологии формирования диэлектрических слоев, которые используются в стробпреобразователе модели 7020.

В работах [36,37] представлена широкополосная 0-20 ГГц конструкция балансного стробоскопического смесителя с расположением смесительных диодов в щелевом резонаторе под возбуждающей линией гетеродина (рис. 3.2.2). Смеситель используется в СВЧ-частотомере 5340А фирмы Н.Р.В смесителе применены диоды Шотки с балочными выводами с емкостью перехода не более 0,1 пФ. Паразитная индуктивность выводов диодов и металлизированного отверстия составляет 250 пГн. КСВН стробсмесителя в диапазоне частот до 20 ГГц Не превышает 1,7; неравномерность потерь преобразования - не более 3 дБ.

Смеситель выполнен на кварцевой подложке, которая должна быть достаточно тонкой (но прочной) для реализации минимальной величины индуктивности соединения диодов с сигнальной линией. По электрическим характеристикам строб-смеситель аналогичен вышеописанным, но операция монтажа элементов представляет значительную трудоемкость.

Простым в технологическом отношении является микрополосковый стробсмеситель с разделенной «землей» (сигнала и гетеродина), выполненный на одной плате с двухсторонней топологией (рис. 3.2.3) [115, 144,212].

Стробсмеситель представляет собой соединение двух линий передачи: сигнальной микрополосковой (Г), нагруженной на 50 Ом (9) и щелевой гетеродинной, ко-роткозамкнутой по СВЧ с одной стороны (6). Щелевая линия возбуждается микрополосковой (12), смонтированной с обратной стороны подложки и нагруженной согласованным резистором (11). Между микрополосковой сигнальной и щелевой линиями включены смесительные диоды (10).

Копланарное расположение проводников позволяет свести к минимуму паразитные индуктивности соединений диодов. Выходной сигнал промежуточной частоты снимается через резисторы (5) со стробирующих емкостей (3), образованных перекрытием металлизацией щелевой и сигнальной линий. Замыкание нагрузочного резистора сигнальной линии (9) на «землю» осуществляется через металлизированное отверстие в плате (8) или с помощью штыря. Для развязки выхода смесителя от гетеродина по ПЧ в «земле» гетеродина прорезаны две тонкие щели (4), представляющие в СВЧ-диапазоне большую емкость и не вносящие затухания в тракт гетеродина.

Щелевой резонатор на короткозамкнутом по СВЧ конце разделен узкой щелью (7) для развязки плеч смесителя и возможности балансировки диодов. Для расширения полосы преобразователя на сигнальной линии выполнен согласующий фильтр из отрезков микрополосковой линии (2). Результаты расчета элементов то