Полосковый двухканальный делитель

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использовано в суммарно-разделительных полосковых устройствах для передачи мощности сигнала в широкой полосе рабочих частот. Техническим результатом является уменьшение геометрических размеров с одновременным обеспечением широкой (октавной и более) полосы рабочих частот с более низким значением КСВ, при сохранении передачи достаточно высокого уровня рабочей мощности, а также возможность подстройки параметров СВЧ-устройств в составе антенно-фидерной системы на стадии регулировки. Полосковый двухканальный делитель содержит корпус, верхнюю и нижнюю крышки корпуса, плату с двусторонней печатью, на верхней и нижней стороне которой расположены по два полосковых отрезка, выполненных на симметричной высокодобротной линии передачи, волновое сопротивление ρ₁ которой имеет значение , где ρ₀ - волновое стандартное сопротивление полосковых отрезков линий передачи на входном и выходных плечах. На верхней стороне платы одни концы полосковых отрезков соединены с входным плечом, а другие концы соединены с балластным резистором и выходными плечами. На нижней стороне платы одни концы полосковых отрезков также соединены с входным плечом, а другие - с выходными плечами. Полосковые отрезки совместно образуют согласующее устройство. На верхней и нижней сторонах платы введены по два несимметричных полосковых отрезка, представляющих собой микрополосковую линию (МПЛ), которые соединены на верхней стороне платы одними концами с полосковыми отрезками симметричной высокодобротной линии передачи, с балластным резистором и с выходными плечами. На нижней стороне платы полосковые отрезки МПЛ являются экранами верхних полосковых отрезков МПЛ и их концы соединены с корпусом. Перемычки соединяют верхние полосковые проводники МПЛ с их экранами, и все вместе образуют два короткозамкнутых шлейфа. Короткозамкнутые шлейфы совместно с полосковыми отрезками симметричной высокодобротной линии передачи образуют согласующее устройство. На верхней стороне платы со стороны входного плеча полосковые отрезки линии передачи расширены и образуют дополнительное согласующее устройство прямоугольной формы. 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использовано в суммарно-разделительных полосковых устройствах для передачи мощности сигнала в широкой полосе рабочих частот.

Известен регулируемый коаксиальный двухканальный делитель [1], состоящий из входного коаксиального трансформатора, четвертьволновых линий передачи, коаксиальных шлейфов, входного и выходных плеч. Равное деление входной мощности в таком делителе на выбранной частоте обеспечивается параллельным включением в одно выходное плечо емкостной проводимости (при длине шлейфа L_ш=3/8 λ₀, где λ₀ - средняя длина волны), а в другое - индуктивной (при длине шлейфа L_ш=5/8 λ₀). В результате чего эти проводимости во входной линии компенсируются, чем и обеспечивается согласование.

Данный делитель пропускает достаточно высокий уровень рабочей мощности, однако имеет узкую полосу рабочих частот, большие массогабаритные характеристики, т.к. включает в себя, кроме коаксиального входного трансформатора и четвертьволновых линий передачи, два коаксиальных шлейфа значительной длины, равной (0.5±0.125)λ₀, что еще и усложняет конструкцию делителя.

Более широкую рабочую полосу частот имеют двухканальные делители с многоступенчатыми линиями передачи [2].

Известен двухступенчатый делитель [2], состоящий из двух четвертьволновых отрезков (трансформаторов сопротивлений) высокодобротной симметричной полосковой линии передачи и двух балластных резисторов.

Чтобы получить в таком делителе в октавной полосе (полоса рабочих частот Δf/f₀=66%, где Δf - абсолютная полоса рабочих частот, f₀ - центральная частота) значение коэффициента стоячей волны (КСВ), равное 1.1, с одновременной передачей достаточно высокого уровня рабочей мощности, применяются два четвертьволновых последовательно соединенных отрезка линии передачи [2], выполненных на симметричной высокодобротной полосковой линии. Недостатком подобного делителя являются большие продольные геометрические размеры (до 0.5λ₀), особенно в низкочастотной части СВЧ диапазона волн.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является кольцевой делитель мощности [3], структурная схема и топология платы которого представлены на фиг.1, 2. Делитель мощности состоит из корпуса 8, верхней 9 и нижней 10 крышки корпуса 8, платы 1, выполненной с двусторонней печатью. На верхней и нижней стороне платы 1 расположены по два четвертьволновых (L=0.25λ₀) полосковых отрезка 2, 3 и 2', 3' (трансформаторы сопротивлений), выполненных на симметричной высокодобротной линии передачи, волновое сопротивление ρ₁ которой при равном делении мощности имеет значение где ρ₀ - волновое стандартное сопротивление полосковых отрезков линий передачи на входном и выходных плечах, где одни концы отрезков 2, 3 и 2', 3' соединены в общую точку с входным плечом 4, другие связаны с балластным резистором 7 и с выходными плечами 5, 6. Четвертьволновые полосковые отрезки 2, 3 и 2', 3' совместно образуют согласующее устройство, согласование входного и выходных плеч достигается подбором волновых сопротивлений этих полосковых отрезков.

Расчет [3], [4] показывает, что в полосе рабочих частот Δf/f₀=22%, при длине отрезков L=0.25λ₀, предельное значение КСВ составляет не более 1.1, а в октавной полосе - не более 1.44.

К недостаткам кольцевого делителя следует отнести довольно высокое предельное значение КСВ, получаемое в широкой полосе рабочих частот, и его достаточно большие продольные геометрические размеры.

Техническим результатом предлагаемого полоскового двухканального делителя мощности (фиг.3, 4, 5) является уменьшение его геометрических размеров, с одновременным обеспечением широкой (октавной и более) полосы рабочих частот с более низким значением КСВ, при сохранении передачи достаточно высокого уровня рабочей мощности, а также возможность подстройки параметров СВЧ-устройств в составе антенно-фидерной системы на стадии регулировки. Дополнительным техническим результатом является возможность использования простой формулы для расчета основных геометрических размеров делителя при моделировании.

Технический результат достигается тем, что в прототипе (фиг.1, 2), содержащем корпус, верхнюю и нижнюю крышки корпуса, плату с двусторонней печатью, на верхней и нижней стороне которой расположены по два полосковых отрезка (трансформаторы сопротивлений), выполненных на симметричной высокодобротной линии передачи, волновое сопротивление ρ₁ которой имеет значение , на верхней стороне платы одни концы полосковых отрезков соединены с входным плечом, а другие концы соединены с балластным резистором и выходными плечами, на нижней стороне платы одни концы полосковых отрезков также соединены с входным плечом, а другие - с выходными плечами, кроме того, полосковые отрезки совместно образуют согласующее устройство, введены на верхней и нижней стороне платы по два несимметричных полосковых отрезка, представляющих собой микрополосковую линию (МПЛ), соединенные на верхней стороне платы одними концами с полосковыми отрезками линии передачи, длина которых L<0.25λ₀, с балластным резистором и с выходными плечами, на нижней стороне платы полосковые отрезки МПЛ являются экранами верхних полосковых отрезков МПЛ и их концы соединены с корпусом. Кроме того, введены перемычки, соединяющие верхние полосковые проводники МПЛ с их экранами, и все вместе образующие два короткозамкнутых шлейфа с высоким волновым сопротивлением, при этом короткозамкнутые шлейфы совместно с полосковыми отрезками линии передачи образуют согласующее устройство. На верхней стороне платы со стороны входного плеча полосковые отрезки линии передачи расширены и образуют дополнительное согласующее устройство прямоугольной формы. Согласование входного плеча 4 с выходными плечами 5, 6 достигается подбором волнового сопротивления шлейфов (ρ_ш), длины (L_ш) короткозамкнутых шлейфов и длины (L) полосковых отрезков 11, 12, 11', 12' линий передачи.

Предлагаемое изобретение поясняется структурной схемой, графическим материалами.

На фиг.1 представлена структурная схема кольцевого делителя мощности, взятого за прототип;

на фиг.2 представлена конструкция кольцевого делителя мощности, взятого за прототип.

На фиг.1, 2 приняты следующие обозначения:

1 - диэлектрическая плата;

2, 3 и 2', 3' - четвертьволновые полосковые отрезки (трансформаторы сопротивлений) симметричной высокодобротной линии передачи;

4 - входное плечо;

5, 6 - выходные плечи;

7 - балластный резистор;

8 - корпус;

9 - верхняя крышка корпуса;

10 - нижняя крышка корпуса;

ρ₀ - волновое стандартное сопротивление полосковых отрезков линии передачи на входном 4 и выходных плечах 5, 6;

ρ₁ - волновое сопротивление линий передачи, состоящей из полосковых отрезков 2, 3 и 2', 3';

L=λ₀/4 - длина полосковых отрезков линий передачи;

λ₀ - длина волны в линии передачи, соответствующая средней частоте рабочего диапазона.

На фиг.3 представлена схема топологии верхней стороны платы предлагаемого полоскового двухканального делителя мощности;

на фиг.4 представлена схема топологии нижней стороны платы предлагаемого полоскового двухканального делителя мощности;

на фиг.5 представлена конструкция предлагаемого полоскового двухканального делителя (вид сверху) и вид А-А, где на фиг.3, 4, 5 приняты следующие обозначения:

1 - диэлектрическая плата;

4 - входное плечо;

5, 6 - выходные плечи;

7 - балластный резистор;

8 - корпус;

9 - верхняя крышка корпуса;

10 - нижняя крышка корпуса;

11, 12 и 11', 12' - полосковые отрезки (трансформаторы сопротивлений) симметричной высокодобротной линии передачи;

13, 14 - полосковые отрезки МПЛ на верхней стороне платы;

15, 16 - полосковые отрезки МПЛ на нижней стороне платы (экраны);

17, 18 - дополнительное согласующее устройство;

19, 20 - перемычки (короткозамыкатели);

21, 21' и 22, 22' - контакты полосковых отрезков 15, 16;

ρ₀ - волновое стандартное сопротивление полосковых отрезков линии передачи на входном 4 и выходных плечах 5, 6.

На фиг.6 приведены сравнительные графики расчетных значений КСВ идеального кольцевого делителя мощности, взятого за прототип (кривая 1), и предлагаемого полоскового двухканального делителя (кривая 2) в зависимости от частоты.

На фиг.7 приведены графики расчетных нормированных значений активной (кривая 3) и реактивной (кривая 2) составляющих входного сопротивления идеального кольцевого делителя мощности, взятого за прототип, и предлагаемого полоскового делителя (кривые 1, 4) в зависимости от частоты.

На фиг.8 приведены графики зависимости КСВ предлагаемого полоскового делителя от отношения L/λ, для пяти значений волновых сопротивлений шлейфа, где

L - длина полосковых отрезков 11, 12 и 11', 12' линии передачи,

λ - длина волны в линии передачи,

1, 2, 3, 4, 5 - кривые, соответствующие разным волновым сопротивлениям шлейфа ρ_ш (80, 90, 100, 110, 120 Ом).

На фиг.9 приведены графики зависимости КСВ предлагаемого полоскового двухканального делителя от отношения L_ш/λ для пяти значений длин (L) полосковых отрезков 11, 12 и 11', 12' делителя, где

L_ш - длина короткозамкнутого шлейфа,

λ - длина волны в линии передачи,

1, 2, 3, 4, 5 - кривые, соответствующие разным длинам полосковых отрезков 11, 12 и 11', 12' делителя L (0.184λ₀, 0.187λ₀, 0.191λ₀, 0.194λ₀, 0.198λ₀).

На фиг.10 приведены графики зависимости КСВ предлагаемого полоскового делителя от отношения L/λ, для пяти значений длин короткозамкнутых шлейфов (L_ш), где

L - длина полоскового отрезка 11, 12 и 11', 12' линии передачи делителя,

λ - длина волны в линии передачи,

1, 2, 3, 4, 5 - кривые, соответствующие разным длинам короткозамкнутых шлейфов L_ш (0.187λ₀, 0.193λ₀, 0.199λ₀, 0.205λ₀, 0.211λ₀).

На фиг.11 приведен график зависимости КСВ предлагаемого полоскового двухканального делителя от частоты. Зависимость получена экспериментальным путем.

Полосковый двухканальный делитель мощности состоит из корпуса 8 с верхней 9 и нижней 10 крышками и диэлектрической платы 1 с двухсторонней печатью. На верхней и нижней стороне платы 1 расположено по два полосковых отрезка (трансформаторы сопротивлений), 11, 12, и 11', 12' длиной L<0.25λ₀, выполненных на симметричной высокодобротной линии передачи, волновое сопротивление ρ₁ которой имеет значение . На верхней стороне платы 1 одни концы полосковых отрезков 11, 12 соединены в общую точку с входным плечом 4, а другие концы соединены с балластным резистором 7 и выходными плечами 5, 6. Со стороны входного плеча 4 полосковые отрезки 11, 12 расширены и образуют дополнительное согласующее устройство 17, 18 прямоугольной формы. Также на верхней стороне платы 1, на ее краях, расположены проводники 13 и 14 МПЛ, которые одними концами соединены с концами полосковых отрезков 11, 12 линии передачи, с балластным резистором 7 и с выходными плечами 5, 6.

На нижней стороне платы одни концы полосковых отрезков 11', 12' соединены в общую точку с входным плечом 4, а другие соединены с выходными плечами 5, 6. Также на нижней стороне платы 1 расположены два полосковых отрезка 15, 16 МПЛ, являющиеся экранами верхних полосковых отрезков 13, 14. Полосковые отрезки 15, 16 обоими концами через контакты 21, 21' и 22, 22' соединены с корпусом 8.

Кроме того, делитель мощности содержит перемычки 19, 20, соединяющие верхние полосковые отрезки 13, 14 с их экранами 15, 16, все вместе образующие два короткозамкнутых шлейфа с высоким волновым сопротивлением. Короткозамкнутые шлейфы совместно с полосковыми отрезками 11, 12 и 11', 12' образуют согласующее устройство. Согласование входного плеча 4 с выходными плечами 5, 6 достигается подбором волнового сопротивления (ρ_ш), длины (L_ш) короткозамкнутых шлейфов и длины (L) полосковых отрезков 11, 12, 11', 12' линий передачи. При этом для согласования также применяется прямоугольной формы дополнительное согласующее устройство 17, 18, дающее дополнительную возможность согласования входного сопротивления делителя, позволяющее улучшить характеристику согласования. Размеры дополнительного согласующего устройства 17, 18 определяются экспериментальным путем. Введение емкостного реактивного элемента позволяет улучшить характеристики согласования.

Кроме этого, в результате теоретического исследования предлагаемого полоскового двухканального делителя получена формула, по которой рассчитывается длина L полосковых отрезков 11, 12 и 11', 12' линий передачи в зависимости от величин параметров λ₀, ρ₀, ρ₁, ρ_ш, L_ш, значительно упрощающая этапы проектирования и экспериментальной отработки делителя мощности.

где А - коэффициент, связывающий параметры шлейфа (ρ_ш, L_ш) с волновым сопротивлением линии передачи,

Следует заметить, что величины λ₀, ρ₀, ρ₁ известны, а величины ρ_ш, L_ш подбираются путем варьирования, в результате чего делитель получается согласованным в широкой полосе частот (октавной и более) при длине полосковых отрезков L<0.25λ₀.

Например, при величинах:

ρ₀=50 Ом - волновое стандартное сопротивление полосковых отрезков линий передачи,

ρ₁=70.7 Ом - волновое сопротивление полосковых отрезков линии передачи,

ρ_ш=110 Ом - волновое сопротивление короткозамкнутых шлейфов,

L_ш=0.199λ₀ - электрическая длина короткозамкнутых шлейфов, а длина полоскового отрезка L, согласно соотношения (1), составляет L=0.187λ₀.

Длина (d) и ширина (s) дополнительного согласующего устройства 17, 18 получены из соотношений d=2ω, s=0.5ω, где коэффициенты длины - 2 и ширины - 0,5 подобраны экспериментальным путем, а ω - ширина полосковых отрезков на высокодобротной симметрической линии передачи делителя, определяется согласно [3].

Ширина короткозамкнутых шлейфов полосковых отрезков 13, 14 выбирается из условия того, что волновое сопротивление шлейфа ρ_ш>2ρ₀, а его электрическая длина выбирается на основе математического моделирования равной L_ш=0.199λ₀, где λ₀ - длина волны в МПЛ, соответствующая средней частоте рабочего диапазона. Геометрическая длина (L'_ш) полосковых отрезков 13, 14 МПЛ зависит от эффективной диэлектрической проницаемости (ε_эфф) материала платы 1, поэтому

В качестве балластного резистора 7 используется резистор типа Р1-3-50-100 Ом. Теплоотводом будет служить верхняя крышка 9 корпуса 8.

Для пропускания мощности до 100 Вт можно применить вместо сопротивления Р 1-3-50-100 Ом два параллельно включенных сопротивления Р 1-3-50-200 Ом и использовать в качестве теплоотвода верхнюю 9 и нижнюю 10 крышки корпуса 8, что легко выполняется конструктивно.

Схема топологии проводников делителя выполнена на материале СФ-2-50Г-2 мм на двух сторонах.

Предлагаемый полосковый делитель работает следующим образом.

Поданная на входное плечо 4 высокочастотная мощность (ВЧ) по полосковым отрезкам 11, 11' и 12, 12' линии передачи делится с малыми потерями пополам в широкой полосе частот и поступает синфазно на оба выходных плеча 5, 6. Деление мощности сигнала обеспечивается широкополосным согласованием входного сопротивления делителя со стороны входного плеча с активными нагрузками выходных плеч с помощью согласующего устройства, включающего в себя полосковые отрезки 11, 11' и 12, 12', длиной L<0.25λ_о, и шлейфы, образованные несимметричными отрезками 13, 15 и 14, 16 МПЛ совместно с перемычками (короткозамыкателями) 19, 20 и дополнительных согласующих устройств 17, 18. Для развязки выходных плеч 5, 6 служит балластный резистор 7.

Для сравнения характеристик согласования и поведения КСВ в широкой полосе частот предлагаемого делителя и прототипа, проведем сравнительный теоретический анализ частотных зависимостей входного сопротивления (z_вх) и КСВ прототипа и предлагаемого полоскового двухканального делителя в зависимости от параметров ρ_ш, L_ш и L.

Так как качество согласования ВЧ делителей зависит от поведения активной и реактивной составляющих входного сопротивления (z_вх) делителя, определим входное сопротивление (z_вх) идеального кольцевого делителя, прототипа, как параллельное соединение двух активных нагрузок (r_н=ρ₀), трансформируемых четвертьволновыми отрезками 2, 3 и 2', 3' линий передачи с волновым сопротивлением во входное плечо 4 (точка А фиг.1). В этом случае нормированное входное сопротивление идеального кольцевого делителя определяется как где использовано уравнение по вычислению входного сопротивления в линии в сечении, находящемся на расстоянии L от нагрузки [5]:

где L=0.25·λ₀ - длина трансформирующих отрезков 2, 3 и 2', 3' линий передачи;

λ₀ - длина волны в линии передачи, соответствующая средней частоте рабочего диапазона;

λ - рабочая длина волны.

Аналогично можно показать, что во входное плечо 4 предлагаемого делителя, также по трансформирующим отрезкам 11, 11' и 12, 12' линий передачи пересчитываются две нагрузки, включающие в себя каждая, параллельное соединение активной нагрузки (r_н=ρ₀) и входного чисто реактивного (индуктивного) сопротивления короткозамкнутого шлейфа z_вх.шл.

Параллельное соединение активной нагрузки (r_н=ρ₀) и входного сопротивления короткозамкнутой линии шлейфа (z_вх.шл) определяется по формуле

где - входное сопротивление короткозамкнутого шлейфа,

r_н=ρ₀ - сопротивление активной нагрузки,

ρ_ш - волновое сопротивление короткозамкнутого шлейфа,

L_ш - длина короткозамкнутого шлейфа.

После несложных преобразований выражения (3) можно также получить нормированное входное сопротивление параллельно соединенных активной нагрузки и входного сопротивления шлейфа.

В результате трансформации параллельно соединенных двух нагрузок во входное плечо получается следующее выражение нормированного входного сопротивления Z_вх.пд в предлагаемом полосковом делителе

где L - длина полосковых отрезков 11, 12 и 11', 12' линий передачи полоскового двухканального делителя.

Определим КСВ идеального кольцевого делителя (прототипа) в полосе рабочих частот по формуле

где - коэффициент отражения кольцевого делителя [5].

Аналогично определим КСВ предлагаемого идеального полоскового делителя по формуле

где - коэффициент отражения полоскового двухканального делителя.

По формулам (6) и (7) проведем расчет и сравнение КСВ этих делителей в полосе рабочих частот (см. фиг.6). При расчете КСВ по формуле (7) с целью получения низкого значения коэффициента стоячей волны с одновременным обеспечением широкой полосы рабочих частот и уменьшенных геометрических размеров полоскового делителя проводилось варьирование величинами параметров ρ_ш, L_ш и L, в результате чего были получены оптимальные значения этих величин, которые обусловили получение низкого КСВ при уменьшенных геометрических размерах (L<0.25λ₀).

Из представленных графиков фиг.6 следует, что в октавной полосе частот предельное значение КСВ кольцевого делителя (прототипа) составляет 1.44 (кривая 1), а предложенного полоскового делителя - 1.12 (кривая 2). Следует заметить, что зависимость рассчитанного КСВ на входе кольцевого делителя от частоты (кривая 1) полностью совпадает с такой же зависимостью, приведенной в [3, 4].

Поведение комплексного (активной и реактивной части) входного сопротивления кольцевого делителя - прототипа и предлагаемого полоскового делителя, рассчитанного по формулам (2, 6), представлено на фиг.7.

Из анализа кривых фиг.7 следует, что при изменении частоты изменяется комплексное входное сопротивление делителя, т.к. изменяется его электрическая длина, однако, частотная зависимость активной и реактивной составляющих входного сопротивления в предлагаемом полосковом делителе (кривые 1, 4) слабее, чем в кольцевом делителе (кривые 3, 2), где имеется характерная сильная зависимость от частоты реактивной и активной составляющих входного сопротивления.

Таким образом, в предлагаемом полосковом делителе реактивное сопротивление полосковых отрезков 11, 12 и 11', 12' линий передачи компенсируется реактивностью короткозамкнутых шлейфов не только на средней частоте, но и на крайних частотах, что позволяет получить низкое значение КСВ делителя в широкой полосе частот.

Рассмотрим возможность получения оптимальных значений КСВ предлагаемого полоскового делителя путем варьирования величинами ρ_ш, L_ш и L (фиг.8, 9, 10). Анализ графиков фиг.8 показывает, что при изменении волнового сопротивления шлейфа ρ_ш в пределах от 80 Ом до 120 Ом при его постоянной длине (L_ш=0.199λ₀) в зависимости от отношения L/λ, оптимальный КСВ соответствует волновому сопротивлению шлейфа ρ_ш=110...120 Ом (кривые 4, 5).

Таким образом, при согласовании делителя в широком диапазоне частот короткозамкнутые шлейфы выбираются с волновыми сопротивлениями ρ_ш>2ρ₀.

Анализ графиков фиг.9 показывает, что при изменении длины (L) полосковых отрезков 11, 12 и 11', 12' линии передачи для пяти значений L - 0.184λ₀, 0.187λ₀, 0.191λ₀, 0.194λ₀, 0.198λ₀ при постоянном волновом сопротивлении шлейфа ρ_ш=110 Ом в зависимости от отношения L_ш/λ оптимальный КСВ соответствует длине трансформатора делителя L=0.187λ₀ (кривая 2).

Анализ графиков фиг.10 показывает, что при изменении длины шлейфа для пяти значений L_ш=0.187λ₀, 0.193λ₀, 0.199λ₀, 0.205λ₀, 0.211λ₀ при постоянном волновом сопротивлении шлейфа ρ_ш=110 Ом в зависимости от отношения L/λ оптимальный КСВ соответствует электрической длине короткозамкнутого шлейфа в микрополосковой линии L_ш=0.199λ₀ (кривая 3).

Из анализа результатов математического моделирования можно заключить, что получение оптимальных характеристик делителя обеспечивается следующими параметрами:

волновое сопротивление шлейфа ρ_ш=110 Ом,

длина шлейфа L_ш=0.199λ₀

длина отрезков 11, 12 и 11', 12' полосковых линий передачи L=0.187λ₀.

Как было показано выше, на средней частоте (см. фиг.7) в предлагаемом полосковом делителе реактивное сопротивление полосковых отрезков 11, 12 и 11', 12' линий передачи полностью компенсируется реактивностью короткозамкнутых шлейфов, при этом активное нормированное сопротивление r=1. Учитывая это обстоятельство, на этапе проектирования делителя, используется выражение (4) и данные расчетов (см. фиг.8, 10) по определению оптимальной длины шлейфа (L_ш=0.199λ₀) и его волнового сопротивления (ρ_ш=110 Ом), а длина (L) трансформирующих отрезков 11, 12 и 11', 12' линий передачи определяется выражением:

где

Размеры делителя составили 0.2λ₀×0.015λ₀×0.04λ₀, а длина трансформирующих полосковых отрезков 11, 11' и 12, 12' составила L=0.188λ₀, что практически совпадает с расчетом, где L=0.187λ₀. Следует заметить, что расчетная длина четвертьволновых трансформирующих отрезков 2, 3 и 2', 3' линий передачи, соответствующая средней частоте диапазона в кольцевом делителе мощности (прототипе), составляет L =0.25λ₀.

Экспериментальная проверка предлагаемого делителя проводилась в полосе частот от 100 МГц до 270 МГц. Результат экспериментальной проверки предлагаемого делителя представлен на фиг.11. Из графика следует, что предлагаемый полосковый делитель в полосе частот Δf/f₀=22% имеет предельное значение КСВ<1.14, в полосе частот Δf/f₀=66% - КСВ<1.4, а в полосе частот 100 МГц-270 МГц - (Δf/f₀=92%) имеет КСВ<2.0. В данном делителе развязка выходных плеч в октавной полосе составляет не менее 12 дБ, а коэффициент деления, равный 3,5 дБ, характеризует небольшие потери, величина средней мощности, подаваемой на вход, составила 50 Вт.

Таким образом, в предлагаемом полосковом двухканальном делителе, использующем новый рисунок топологии платы, выполненный в виде высокодобротной линии и микрополосковой линии, состоящей из двух несимметричных проводников, перемычек, соединяющих верхние полосковые проводники МПЛ с нижними, образуя два короткозамкнутых шлейфа, которые совместно с полосковыми отрезками линиями передачи образуют согласующее устройство и дополнительное согласующее устройство со стороны входного плеча, дающее дополнительную возможность согласования входного сопротивления делителя, позволили, обеспечить широкую полосу рабочих частот и сохранить пропускание высокого уровня мощности, кроме того, появилась возможность подстройки с помощью перемычек, регулирующих длины шлейфов, улучшить характеристики СВЧ-устройств при их отработке, что отсутствует в прототипе.

В предложенном двухканальном полосковом делителе по сравнению с прототипом согласующее устройство, включающее в себя полосковые линии передачи и шлейфы с несимметричными микрополосковыми линиями, совместно с дополнительным согласующим устройством прямоугольной формы, позволили уменьшить габариты на 25%, получить согласование в широкой полосе рабочих частот (до октавной и выше) с сохранением передачи высокого уровня рабочей мощности, по полученной формуле рассчитать длину полосковых линий передачи, что позволяет значительно упростить его отработку на стадии макетирования. За счет регулировки длины шлейфов представляется возможность подстройки параметров СВЧ-устройств в составе антенно-фидерной системы на этапе регулировки.

Используемая литература:

1. Линии передачи сантиметровых волн, пер. с англ./ Под ред. Г.П.Ремеза/ Ч.II. М., Сов. радио, 1951, с.117-120.

2. Справочник по элементам полосковой техники. /Под ред. А.Л.Фельдштейна, М., Связь, 1979, с.166-171.

3. Проектирование и расчет СВЧ-элементов на полосковых линиях. /Под ред. Малорацкого Л.Г., Явича Л.Р., М.: Сов. радио, 1972, с.132-134.

4. Микроэлектронные устройства СВЧ. /Под ред. Г.И.Веселова, М., Высшая школа, 1988, с.70-71.

5. Линии передачи сантиметровых волн, пер. с англ./ Под ред. Г.П.Ремеза/ Ч.I. M., Сов. радио, 1951.

1. Полосковый двухканальный делитель, содержащий корпус, верхнюю и нижнюю крышки корпуса, плату с двусторонней печатью, на верхней и нижней стороне которой расположены по два полосковых отрезка, выполненные на симметричной высокодобротной линии передачи, волновое сопротивление ρ₁ которой имеет значение

,

где ρ₀ - волновое стандартное сопротивление полосковых отрезков линий передачи на входном и выходных плечах, на верхней стороне платы одни концы полосковых отрезков соединены с входным плечом, а другие концы соединены с балластным резистором и выходными плечами, на нижней стороне платы одни концы полосковых отрезков также соединены с входным плечом, а другие - с выходными плечами, кроме того, полосковые отрезки совместно образуют согласующее устройство, отличающийся тем, что на верхней и нижней сторонах платы введены по два несимметричных полосковых отрезка, представляющих собой микрополосковую линию (МПЛ), соединенные на верхней стороне платы одними концами с полосковыми отрезками симметричной высокодобротной линии передачи, длина которых L меньше 0,25λ₀, где λ₀ - средняя длина волны, с балластным резистором и с выходными плечами, на нижней стороне платы полосковые отрезки МПЛ являются экранами верхних полосковых отрезков МПЛ, и их концы соединены с корпусом, кроме того, введены перемычки, соединяющие верхние полосковые отрезки МПЛ с их экранами, и все вместе образующие два короткозамкнутых шлейфа, при этом короткозамкнутые шлейфы совместно с полосковыми отрезками симметричной высокодобротной линии передачи образуют согласующее устройство, кроме того, на верхней стороне платы со стороны входного плеча полосковые отрезки линии передачи расширены и образуют дополнительное согласующее устройство прямоугольной формы.

2. Полосковый двухканальный делитель по п.1, отличающийся тем, что длина отрезков линии передачи определяется по формуле

где А - коэффициент, связывающий параметры шлейфа (ρ_ш, L_ш) с волновым сопротивлением линии передачи,

где ρ_ш - волновое сопротивление короткозамкнутого шлейфа;

L_ш - длина короткозамкнутого шлейфа;

λ₀ - средняя длина волны.

3. Полосковый двухканальный делитель по п.1, отличающийся тем, что длина (d) и ширина (s) дополнительного согласующего устройства определяется из соотношений

d=2ω, s=0,5ω,

где ω - ширина полосковых отрезков, выполненных на симметричной высокодобротной линии передачи.

4. Полосковый двухканальный делитель по п.1, отличающийся тем, что ширина верхних отрезков МПЛ шлейфов выбирается из условия того, что волновое сопротивление шлейфа ρ_ш больше 2ρ₀, а длина верхних полосковых отрезков МПЛ L'_ш, определяется по формуле

,

где L_ш=0,199λ₀;

ε_эфф. - диэлектрическая проницаемость материала платы.