ДЕТЕКТОРНАЯ ГОЛОВКА

Изобретение относится к полупроводниковой СВЧ-электронике и может быть использовано в детекторных головках с высокими требованиями прочности и устойчивости к внешним воздействиям.

Известна детекторная секция, представляющая собой волноводно-коаксиальный переход и коаксиальную нагрузку. Конструктивно она представляет собой короткозамкнутый участок волновода, в котором перпендикулярно его продольной оси и вдоль вектора электрического поля установлен штырь с жестко закрепленным диодом. Электрический контакт между широкой стенкой волновода и второго электрода диода обеспечивается с помощью пружины, установленной в верхней части механически подвижного штыря (Семенов Н.А. Техническая электродинамика. М., «Связь», 1972, с. 381-382).

Недостатками данной конструкции являются:

- сложность;

- необходимость проведения настроечных операций;

- низкая надежность, связанная с наличием механических контактов.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является волноводный детекторный модуль миллиметрового диапазона длин волн, представляющий собой детекторную головку на основе диода с барьером Шоттки с балочными выводами (далее просто диода), размещенного непосредственно в волноводном канале волноводного корпуса, корпус которого разделен перпендикулярно волноводному каналу на две половинки; первая половинка имеет сквозной волноводный канал, часть которого имеет гантелевидную форму, согласующийся со стандартным сечением волновода и заполненный специальным пеноматериалом с малыми потерями; вторая половинка корпуса с гантелевидным волноводным каналом, также заполненным пеноматериалом, оканчивается согласующей заглушкой, являющейся частью корпуса; в узкой части гантелевидного канала второй половинки корпуса установлен диод, один вывод которого непосредственно присоединен к корпусу, а второй вывод изолирован и соединен с выходом детектора; первая половинка корпуса непосредственно крепится на второй и окончательно фиксирует положение диода (патент РФ №2345450, Н01Р 1/00, 2008 г.).

Недостатками данной конструкции являются:

- сложность изготовления модуля, связанная с применением сложных технологических операций;

- высокая трудоемкость изготовления;

- низкая пригодность к массовому производству.

Перед авторами стояла задача создания устройства, лишенного перечисленных недостатков.

Техническим результатом заявляемой детекторной головки является упрощение ее конструкции, снижение трудоемкости изготовления и повышение пригодности к серийному производству.

Задача решена за счет того, что в детекторной головке, содержащей детекторный диод и корпус, выполненный в виде основания и крышки, сопряженных по плоскости, перпендикулярной волноводному каналу, причем в основании выполнен сквозной волноводный канал, а в крышке - короткозамыкатель, между основанием и крышкой установлена полосковая плата, на которой расположены фильтр, контактная площадка, являющаяся выходом детекторной головки, детекторный диод, оба вывода которого присоединены к проводникам платы, причем область платы в зоне сквозного волноводного канала и короткозамыкателя образует волноводно-полосковый переход.

Детекторный диод установлен на полосковой плате при помощи токопроводящего клея.

Между основанием и полосковой платой установлена диэлектрическая пленка, приклеенная к основанию.

В детекторной головке предусмотрен коаксиальный разъем, корпус которого электрически соединен с корпусом детекторной головки, а центральный контакт соединен с контактной площадкой полосковой платы.

На полосковой плате установлен резистор, электрически соединяющий выход детекторной головки с корпусом.

Наружная поверхность детекторной головки, кроме присоединительного фланца и коаксиального разъема, покрыта герметиком.

Заявляемая детекторная головка обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.

Заявляемая детекторная головка, по мнению заявителей и авторов, соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. неизвестна из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки.

Сущность предлагаемого решения поясняется при помощи чертежей, где:

- на фиг.1 и фиг.2 представлена конструкция детекторной головки;

- на фиг.3 - топология полосковой платы с установленными элементами.

Детекторная головка состоит из корпуса, выполненного в виде двух половинок: основания 1 и крышки 2, между которыми устанавливается полосковая плата 3. С основанием 1 электрически соединен корпус коаксиального разъема 4. В основании 1 выполнен сквозной волноводный канал 5, а в крышке 2 - короткозамыкатель 6. На полосковой плате 3 выполнены фильтр 7, представляющий собой фильтр низкой частоты (ФНЧ), и контактная площадка 8, являющаяся выходом детекторной головки, к которой припаивается проводник, соединенный с центральным контактом коаксиального разъема 4. Резистор 9, электрически соединяющий выход детекторной головки с корпусом, припаивается к проводникам полосковой платы 3. Детекторный диод 10 приклеивается к проводникам полосковой платы 3 с помощью токопроводящего клея. По контуру земляных проводников на полосковой плате 3 расположены металлизированные переходные отверстия 11, необходимые для обеспечения электрического контакта между основанием 1 и крышкой 2. Между основанием 1 и полосковой платой 3 может приклеиваться диэлектрическая пленка, обеспечивающая герметизацию сквозного волноводного канала. По периметру основания 1 выполнен бортик 12, являющийся технологическим приливом, который во время покрытия детекторной головки герметиком препятствует его попаданию на внешнюю плоскость основания 1. Сборка детекторной головки осуществляется при помощи винтов 13. Волноводно-полосковый переход образован участком платы 14 в зоне сквозного волноводного канала 5 и короткозамыкателя 6. Детекторный диод 10 соединен с корпусом детекторной головки посредством шлейфа 15.

Детекторная головка работает следующим образом.

Электромагнитная волна распространяется по сквозному волноводному каналу 5 в направлении короткозамыкателя 6, поступает на волноводно-полосковый переход, образованный участком платы 14 в зоне сквозного волноводного канала 5 и короткозамыкателя 6, где происходит преобразование волны H₀₁ прямоугольного волновода в квази-ТЕМ волну полосковой линии. Далее электромагнитная волна поступает на детекторный диод 10, подключенный последовательно полосковой линии, и, проходя далее, отражается от фильтра 7. Геометрические размеры полосковой линии выбираются из соображения установки детекторного диода 10 в зоне с наиболее высоким коэффициентом преобразования СВЧ поля в постоянный ток. По постоянному току детекторный диод 10 соединен с выходом детекторной головки, представляющей собой контактную площадку 8, посредством проводника полосковой линии, а с корпусом детекторной головки - посредством шлейфа 15, соединяющего проводник полосковой линии с земляными проводниками полосковой платы 3. Постоянный ток с выхода детекторной головки поступает на центральный контакт коаксиального разъема 4, корпус которого электрически соединен с корпусом детекторной головки. Резистор 9, электрически соединяющий выход детекторной головки с корпусом, обеспечивает защиту детекторного диода 10 от статического электричества и является его нагрузкой.

Предлагаемое техническое решение позволяет упростить конструкцию, исключив необходимость выполнения трудоемких операций по установке диода на штырь с помощью пайки, сборке и настройке детекторной головки, избавиться от механических контактных соединений, что повышает надежность. Допускается производить автоматизированный монтаж элементов на полосковую плату, сборку корпуса детекторной головки без участия человека и без проведения настроечных операций.

Для подтверждения правильности выбранного технического решения были изготовлены опытные образцы детекторных головок Ка диапазона, в которых в качестве детекторного диода использован 3А149А с балочными выводами. Корпус выполнен из латуни с гальваническим покрытием Ср6. Полосковая плата выполнена на основе двухстороннего фольгированного термостойкого материала с керамическим наполнителем, усиленным стекловолокном RO4003.

Получены следующие технические характеристики:

- входной КСВН - 1,25…1,4;

- тангенциальная чувствительность - 40 дБ/мВт;

- максимальная импульсная входная мощность - 600 мВт.

На предприятии разработан комплект конструкторской документации на заявляемую детекторную головку. Изготовлена опытная партия изделий, успешно прошедшая испытания, что подтверждает соответствие заявляемого решения критерию «промышленная применимость» для изобретения.