Двухканальный ступенчатый делитель мощности

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к устройствам деления мощности в трактах СВЧ на два канала и обеспечения развязки между каналами. Технический результат заключается в улучшении частотных характеристик делителя мощности (ДМ) при сохранении или уменьшении длины ступенчатого ДМ. Двухканальный ступенчатый делитель мощности с одинаковыми каналами, содержит отрезки однородной линии передачи с разными волновыми сопротивлениями, включенные каскадно в каждом канале, чередующиеся с сопротивлениями развязки, включенными после каждого отрезка между каналами, в него введены конденсаторы, включенные параллельно перед каждым отрезком линии передачи, при этом длина отрезков линий передачи меньше λ_ср/4, где λ_ср - средняя длина волны рабочего диапазона частот, а величины емкостей конденсаторов, сопротивления развязки и волновые сопротивления отрезков при фиксированной длине линий передачи выбраны из условия обеспечения минимального значения максимального коэффициента стоячей волны КСВ и максимального значения минимума развязки между каналами в рабочей полосе. 1 ил., 4 табл.

 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к устройствам деления мощности в трактах СВЧ на два канала и обеспечения развязки между каналами. В силу обратимости может быть использовано в качестве сумматора мощности.

Среди двухканальных делителей мощности (ДМ) на основе одиночных линий передачи (ЛП) с Т-волнами простейшим является одноступенчатый. Он образован из двух четвертьволновых отрезков однородных ЛП и активного сопротивления (сопротивления развязки) (Cohn S.B. A class of broadband three-port TEM-mode hybrids // IEEE Trans. - 1968. - Vol. MTT-16, No 2, pp.110-116).

Достоинством одноступенчатого ДМ является простота конструкции, недостатком - узкая полоса рабочих частот и большая длина при λ_ср>50 см, где λ_ср - средняя длина волны рабочего диапазона частот.

Для расширения рабочей полосы частот используются более сложные многоступенчатые и плавные ДМ (Cohn S.B. A class of broadband three-port TEM-mode hybrids // IEEE Trans. - 1968. - Vol. MTT-16, No 2, pp.110-116; Сухова Т.П., Фельдштейн А.Л. Делители мощности на неоднородных линиях // Радиотехника и электроника. - 1977. - Т.22, №1. - С.38-44; Справочник по элементам полосковой техники./ О.И.Мазепова, В.П.Мещанов, Н.И.Прохорова и др.; под ред. А.Л.Фельдштейна - М.: Связь, 1979. - 336 с.; Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний. / Под ред. З.И.Моделя. - М.: Сов. радио, 1980. - 296 с.).

Улучшение частотных характеристик в таких ДМ приводит к увеличению длины по сравнению с одноступенчатым ДМ и при λ_ср>50 см может достигать слишком больших значений, это является их недостатком..

Наиболее близким к предлагаемому является ступенчатый ДМ, содержащий отрезки однородных ЛП длиной λ_ср/4 с разными волновыми сопротивлениями. Отрезки включены каскадно в каждом канале, при этом каналы разделены сопротивлениями развязки, включенными после каждой ступени (если смотреть со стороны входа делителя) (См.: Cohn S.B. A class of broadband three-port TEM-mode hybrids / IEEE Trans. - 1968. - Vol. MTT-16, No 2, pp.110-116; Справочник по элементам полосковой техники. / О.И.Мазепова, В.П.Мещанов, Н.И.Прохорова и др.; под ред. А.Л.Фельдштейна - М.: Связь, 1979. - 336 с.).

Недостатком данного решения является, то, что с улучшением частотных характеристик растет длина ДМ.

Задачей предлагаемого решения является улучшение частотных характеристик ДМ при сохранении или уменьшении длины ступенчатого ДМ.

Поставленная задача решается тем, что в двухканальный ступенчатый делитель мощности с одинаковыми каналами, содержащий отрезки однородной линии передачи с разными волновыми сопротивлениями, включенные каскадно в каждом канале, чередующиеся с сопротивлениями развязки, включенными после каждого отрезка между каналами, согласно предлагаемому решению в него введены конденсаторы, включенные параллельно перед каждым отрезком линии передачи, при этом длина отрезков линий передач меньше λ_ср/4, а величины емкостей конденсаторов, сопротивления развязки и волновые сопротивления отрезков при фиксированной их длине выбраны из условия обеспечения минимального значения максимального КСВ и максимального значения минимума развязки между каналами в рабочей полосе.

Изобретение поясняется чертежом, на котором приведено схематическое изображение предлагаемого ДМ для варианта, когда он выполнен двухступенчатым, где

1 - первый выход ДМ;

2 - второй выход ДМ;

3 - вход ДМ;

4 - первый отрезок однородной одиночной ЛП;

5 - второй отрезок однородной одиночной ЛП;

6 - третий отрезок однородной одиночной ЛП;

7 - четвертый отрезок однородной одиночной ЛП;

8 - первая сосредоточенная емкость (конденсатор);

9 - второй конденсатор;

10 - третий конденсатор;

11 - четвертый конденсатор;

12 - первое сопротивление развязки;

13 - второе сопротивление развязки.

Делитель мощности состоит из четырех отрезков однородных одиночных линий передачи 4, 5, 6 и 7, имеющих одинаковые длины L<λ_cp/4, конденсаторов 8, 9, 10, 11 и сопротивлений развязки 12, 13. При этом волновые сопротивления отрезков 1 и 3 равны Z₁, волновые сопротивления отрезков 2 и 4 равны Z₂, емкость конденсаторов 8 и 10 равна C₁, емкость конденсаторов 9 и 11 равна С₂, сопротивления развязки 12 и 13 равны R₁ и R₂ соответственно. Величины емкостей, сопротивления развязки и волновые сопротивления отрезков при фиксированной длине одиночных ЛП рассчитаны из условия обеспечения минимального значения максимального КСВ и максимального значения минимума развязки между каналами в рабочей полосе. Вход 3 и выходы 1, 2 нагружены на активное сопротивление Z₀. Предлагаемый ДМ работает следующим образом: большая часть мощности сигнала, подводимого к входу 3, делится на две равные части между выходами 1, 2. Часть мощности из-за неидеальности согласования и развязки отражается от входа 3 и выходов 1, 2.

В таблицах 1, 2 приведены результаты расчета значений емкостей конденсаторов и волновых сопротивлений отрезков ЛП для двухступенчатого и четырехступенчатого ДМ соответственно.

Таблица 1
χ	1.5	2	1.5	2	1.5	2	1.5	2
L/λср	0.1667	0.1667	0.125	0.125	0.0833	0.0833	0.0625	0.0625
КСВ3макс	1.0441	1.1289	1.0490	1.1426	1.0535	1.1551	1.0554	1.1602
KCB1 = КСВ2макс	1.1194	1.2130	1.1619	1.3067	1.1968	1.3922	1.2107	1.4275
С12мин, дБ	27.6588	22.4295	24.7525	20.4300	22.9736	18.8663	22.3815	18.2803
c1	0.0450	0.0431	0.0746	0.0720	0.1036	0.1002	0.1161	0.1123
c2	0.0289	0.0301	0.0435	0.0449	0.0555	0.0571	0.0601	0.0618
z1	1.3095	1.3347	1.4864	1.5185	1.9039	1.9504	2.3656	2.4268
z2	1.9322	1.8964	2.3802	2.3265	3.3847	3.2918	4.4301	4.2988
R1	6.1657	4.3310	6.1555	3.9902	5.7288	3.6562	5.4781	3.5007
R2	2.4446	2.4622	2.9229	2.8932	3.3919	3.4206	3.6111	3.6945
Таблица 2
χ	2	3	4	2	3	4	2	3	4
L/λср	0.125	0.125	0.125	0.0833	0.0833	0.0833	0.0625	0.0625	0.0625
КСВ3макс	1.0129	1.0701	1.1554	1.0151	1.0807	1.1759	1.0161	1.0852	1.1846
KCB1 = КСВ2макс	1.0629	1.1678	1.2693	1.0691	1.2141	1.3579	1.0716	1.2302	1.3939
С12мин, дБ	32.2441	24.1492	21.1716	31.5997	23.0492	19.6045	31.3558	22.6002	19.0474
c1	0.0740	0.0732	0.0716	0.1050	0.1030	0.1000	0.1193	0.1164	0.1127
c2	0.1007	0.0944	0.0897	0.1261	0.1186	0.1131	0.1354	0.1275	0.1217
с3	0.0756	0.0746	0.0758	0.0968	0.0955	0.0946	0.1049	0.1036	0.1027
c4	0.0278	0.0318	0.0355	0.0371	0.04167	0.0458	0.0409	0.0457	0.0500
z1	1.2305	1.2928	1.3553	1.4863	1.5899	1.6888	1.7814	1.92717	2.0631
z2	1.9716	1.9820	1.9932	2.8622	2.8542	2.8533	3.7714	3.7473	3.7362
z3	2.5445	2.4529	2.3833	3.6714	3.5020	3.3775	4.8220	4.57913	4.4027
z4	2.6179	2.5590	2.4873	3.6489	3.5481	3.4308	4.7411	4.5971	4.4333
R1	-	-	11.6944	-	-	11.2044	-	-	10.7264
R2	9.3497	6.8696	6.1365	9.5141	6.3883	6.4545	9.5558	6.63381	6.6477
R3	4.4376	5.2206	7.0676	4.5643	5.6886	9.0518	4.6116	5.9728	10.0225
R4	1.9975	2.4215	1.8365	2.0399	2.3535	1.8358	2.0655	2.3754	1.8408

В таблице 3 приведены сравнительные параметры одноступенчатого варианта выполнения прототипа и предлагаемого двухступенчатого ДМ, который имеет такую же, в полтора и в два раза меньшую длину, чем прототип.

Таблица 3
	Одноступенчатый ДМ (прототип)	Предлагаемый двухступенчатый ДМ
L/λср	0.25	0.25	0.1667	0.125
χ	1.5	2	1.5	2	1.5	2	1.5	2
КСВ3макс	1.24	1.42	1.05	1.14	1.05	1.16	1.06	1.16
KCB1= КСВ2макс	1.02	1.06	1.16	1.31	1.20	1.39	1.21	1.43
С12мин, дБ	19.12	14.70	24.75	20.43	22.97	18.87	22.38	18.28

В таблице 4 приведены сравнительные параметры двухступенчатого варианта выполнения прототипа и предлагаемого четырехступенчатого ДМ, который имеет такую же, в полтора и в два раза меньшую длину, чем прототип

Таблица 4
	Двухступенчатый ДМ (прототип)	Предлагаемый четырехступенчатый ДМ
L/λср	0.5	0.5	0.3333	0.25
χ	2	3	2	3	2	3	2	3
КСВ3макс	1.11	1.27	1.01	1.07	1.02	1.08	1.02	1.09
KCB1 = КСВ2макс	1.03	1.06	1.06	1.17	1.07	1.21	1.07	1.23
С12мин, дБ	27.41	19.60	32.24	24.15	31.60	23.05	31.36	23.60

В таблицах использованы следующие обозначения: χ - отношение граничных частот рабочего диапазона; L/λ_ср - нормированная длина ДМ; KCB₁, КСВ₂, КС_В3макс - максимальные значения коэффициента стоячей волны на входах 1, 2, 3 соответственно; С₁₂мин - минимальное значение развязки входов 1, 2.

Из таблиц видно, что предлагаемый ДМ в выбранной полосе частот при такой же, в полтора и в два раза меньшей длине имеет меньшие значения КСВ_3макс и большие значения развязки С_12мин. При этом значения KCB_1макс и КСВ_2макс возрастают, но не превышают величины КСВ_3макс прототипа.

Двухканальный ступенчатый делитель мощности с одинаковыми каналами, содержащий отрезки однородной линии передачи с разными волновыми сопротивлениями, включенные каскадно в каждом канале, чередующиеся с сопротивлениями развязки, включенными после каждого отрезка между каналами, отличающийся тем, что в него введены конденсаторы, включенные параллельно перед каждым отрезком линии передачи, при этом длина отрезков линий передачи меньше λ_ср/4, где λ_ср - средняя длина волны рабочего диапазона частот, а величины емкостей конденсаторов, сопротивления развязки и волновые сопротивления отрезков при фиксированной их длине выбраны из условия обеспечения минимального значения максимального коэффициента стоячей волны КСВ и максимального значения минимума развязки между каналами в рабочей полосе.