Делитель мощности 3х3 для бортовой аппаратуры космических аппаратов

Авторы патента:

H01P5/18 - состоящие из двух связанных линий, например направленные ответвители

Владельцы патента RU 2693877:

Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") (RU)

Изобретение относится к СВЧ радиотехнике, используемой, в частности, для применения в бортовой аппаратуре командно-измерительной системы (БА КИС) космических аппаратов. Задачей данного технического решения является увеличение коэффициента передачи, по крайней мере, на 1,25 дБ, разнесение входов и выходов по противоположным сторонам подложки, что, в свою очередь, обеспечит рациональное размещение приборов или элементов БА КИС. Указанный технический результат достигается при использовании делителя мощности, выполненного на диэлектрической подложке, на которой расположены три микрополосковых направленных ответвителя, выполненных на связанных линиях, однократно перекрещивающихся, и при этом два микрополосковых направленных ответвителя имеют переходное ослабление 3 дБ, а третий микрополосковый направленный ответвитель имеет переходное ослабление 4,76 дБ, причем каждый из двух концов его связанных линий, расположенных с одной его стороны, соединен, соответственно, с первым и вторым одинаковыми отрезками микрополосковой линии (МПЛ) с одним из концов отрезков связанных линий микрополосковых направленных ответвителей с переходным ослаблением 3 дБ, обращённым к третьему микрополосковому направленному ответвителю, концы других отрезков связанных линий, расположенных с другой стороны микрополосковых направленных ответвителей с переходным ослаблением 3 дБ, соединены между собой третьим отрезком МПЛ, длина которого больше суммарной длины первого и второго отрезков микрополосковых линий на величину от 0,19 до 0,21 длины волны на средней частоте рабочего диапазона. 1 ил.

Изобретение относится к СВЧ радиотехнике, в частности, для применения в бортовой аппаратуре командно-измерительной системы
(БА КИС) космических аппаратов.

Известны делители мощности с использованием базовых элементов, включающих в себя микрополосковые направленные ответвители, фазовращатели, аттенюаторы и т.д. (Д.М. Сазонов «Устройства СВЧ» Москва, «Высшая школа», 1981 г., стр. 147, рис. 4.5).

Однако данные технические решения имеют ряд недостатков: избыточное количество базовых элементов, ограничение ширины рабочей полосы, сложность согласования при неоптимальных массогабаритных характеристиках, конструктивное расположение входов и выходов, малый коэффициент передачи.

В качестве ближайшего аналога заявленного изобретения выбран делитель мощности для бортовой аппаратуры космического аппарата (Патент РФ на изобретение № 2608978), который содержит четыре микрополосковых направленных ответвителя на связанных линиях с переходным ослаблением
3 дБ, однократно перекрещивающихся. Смежные микрополосковые направленные ответвители расположены перпендикулярно один по отношению к другому, так что проводники их связанных линий образуют стороны двух квадратов, первый из которых расположен внутри второго. Проводники связанных линий каждого микрополоскового направленного ответвителя скрещены так, что их концы расположены на сторонах первого и второго квадратов. Концы проводников, расположенных на смежных сторонах внутреннего квадрата, соединены между собой. Концы проводников, расположенных на противолежащих сторонах второго квадрата, являются входами и выходами соответственно.

При проектировании БА КИС были выявлены следующие недостатки известного делителя мощности:

- малый коэффициент передачи с одного из входов на каждый выход, обусловленный включением микрополосковых направленных ответвителей на связанных линиях с общим переходным ослаблением не менее 6 дБ;

- известный делитель мощности не обеспечивает размещение входов (выходов) на одном краю подложки (т.е. на одной стороне корпуса), т.к. входы (выходы) расположены на противоположных сторонах квадрата, что отрицательно влияет на рациональное размещение элементов схемы БА КИС.

Таким образом, существует техническая проблема выбора такой конструкции делителя мощности, которая была бы более приемлема для БА КИС.

Для устранения выявленных недостатков предложено использовать делитель мощности 3х3, особенности конструкции которого позволят увеличить коэффициент передачи, по крайней мере, на 1,25 дБ, разнести входы и выходы по противоположным сторонам подложки, что в свою очередь, обеспечит рациональное размещение приборов или элементов БА КИС.

Указанный технический результат достигается при использовании делителя мощности, выполненного на диэлектрической подложке, на которой расположены три микрополосковых направленных ответвителя выполненных на связанных линиях, однократно перекрещивающихся, и при этом два микрополосковых направленных ответвителя имеют переходное ослабление 3 дБ, а третий микрополосковый направленный ответвитель имеет переходное ослабление 4,76 дБ, причем каждый из двух концов его связанных линий, расположенных с одной его стороны, соединен, соответственно, с первым и вторым одинаковыми отрезками микрополосковой линии (МПЛ) с одним из концов отрезков связанных линий микрополосковых направленных ответвителей с переходным ослаблением 3 дБ, обращённом к третьему микрополосковому направленному ответвителю, концы других отрезков связанных линий, расположенных с другой стороны микрополосковых направленных ответвителей с переходным ослаблением 3 дБ, соединены между собой третьим отрезком МПЛ, длина которого больше суммарной длины первого и второго отрезков микрополосковых линий на величину от 0,19 до 0,21 длины волны на средней частоте рабочего диапазона, причем отрезки связанных линий микрополосковых направленных ответвителей с переходным ослаблением 3 дБ соединены с отрезками МПЛ так, что их свободные концы обращены к краям диэлектрической подложки, при этом три конца отрезков связанных линий микрополосковых направленных ответвителей, обращенных к одному краю диэлектрической подложки, являются входами (выходами), а другие три конца отрезков связанных линий микрополосковых направленных ответвителей – выходами (входами) делителя мощности 3х3.

На рисунке 1 представлен делитель мощности 3х3, выполненный на диэлектрической подложке 1, на которой расположены микрополосковые направленные ответвители НО1, НО2, НО3, выполненные на связанных линиях, каждая из которых обозначена «1(n)– 2(n)», «3(n)– 4(n)», где n – номер направленного ответвителя (n = 1, 2, 3).

Связанные линии каждого микрополоскового направленного ответвителя имеют оптимальную длину, близкую к четверти длины волны, и однократно перекрещиваются. Микрополосковые направленные ответвители НО1 и НО2 выполнены с переходным ослаблением 3 дБ (типа моста Ланге), а направленный ответвитель НО3 выполнен с переходным ослаблением 4,76 дБ, т.е. с коэффициентом передачи с конца 1(3) на конец 3(3) и с конца 4(3) на конец 2(3) – минус 4,76 дБ и с коэффициентом передачи с конца 1(3) на конец 2(3) и с конца 4(3) на конец 3(3) – минус 1,76 дБ на средней частоте рабочего диапазона, без учета потерь в связанных линиях.

Конец 3(1) соединен с концом 4(3) первым отрезком МПЛ 2, а конец 1(2) соединен с концом 2(3) вторым таким же отрезком МПЛ 3. Конец 2(1) соединен с концом 4(2) третьим отрезком МПЛ 4, длина которого больше суммарной длины отрезков МПЛ 2 и 3 на величину от 0,19 до 0,21 длины волны на средней частоте рабочего диапазона. Выход за пределы указанного диапазона допустимых значений длины отрезка МПЛ 4 приводит к уменьшению коэффициента передачи на его нижнем или верхнем краю, соответственно.

Свободные концы отрезков связанных линий 4(1), 1(1), 1(3) НО1 и НО3 обращены к одному краю диэлектрической подложки и являются входами (выходами) делителя мощности 3х3, а другие свободные концы связанных линий 2(2), 3(2), 3(3) НО2 и НО3 – к противоположному её краю и являются его выходами (входами), соответственно.

Входной сигнал подается на один из входов Вход 1, Вход 2 или Вход 3 делителя мощности 3х3. При этом со Входа 1, например, входной сигнал распространяется на Выход 1 и Выход 2 двумя путями:

первый путь: Вход 1 - конец 4(1) - конец 3(1) – отрезок МПЛ 2 – конец 4(3) – конец 2(3) – отрезок МПЛ 3 - конец 1(2) – конец 2(2) -
Выход 1 или конец 3(2) - Выход 2.

второй путь: Вход 1 - конец 4(1) – конец 2(1) - отрезок МПЛ 4- конец 4(2) – конец 2(2) – Выход 1 или конец 3(2) - Выход 2.

С учетом величины модуля и фазы коэффициентов передачи первого и второго пути распространения сигнала для обеспечения коэффициента передачи со Входа 1 на Выход 1 и Выход 2, равного коэффициенту передачи со Входа 3 на Выход 3, длина отрезка МПЛ 4 должна быть больше суммарной длины отрезков МПЛ 2 и 3 на величину от 0,19 до 0,21 длины волны на средней частоте рабочего диапазона.

На Выход 3 сигнал со Входа 1 или Входа 2 попадает через один путь:

Вход 1 или Вход 2 – конец 4(1) или конец 1(1) – конец 3(1) – отрезок МПЛ 2 – конец 4(3) – конец 3(3) - Выход 3.

Коэффициент передачи со Входа 2 на Выход 1 и Выход 2 определяется аналогично.

Коэффициенты передачи на средней частоте диапазона с любого из входов Вход 1 или Вход 2 на Выход 3 равны сумме коэффициента передачи со Входа 1 или Входа 2 на конец 3(1) и коэффициента передачи с конца 4(3) на Выход 3 и равен минус 4,76 дБ.

Отрезки МПЛ 2 и 3 вводятся для того, чтобы обеспечить развязку между входами делителя мощности. Их длина может быть выбрана в пределах от 0,125 до 0,25 длины волны на средней частоте рабочего диапазона частот.

Таким образом, делитель мощности 3х3 для бортовой аппаратуры космических аппаратов позволяет увеличить коэффициент передачи делителя мощности на 1,25 дБ по сравнению с ближайшим аналогом, и при этом обеспечивается расположение входов делителя мощности 3х3 на оной из сторон диэлектрической подложки, а выходов – на противоположной стороне.

Делитель мощности 3×3 для бортовой аппаратуры космических аппаратов, выполненный на диэлектрической подложке, на которой расположены три микрополосковых направленных ответвителя, выполненных на связанных линиях однократно перекрещивающихся, и при этом два микрополосковых направленных ответвителя имеют переходное ослабление 3 дБ, отличающийся тем, что

третий микрополосковый направленный ответвитель выполнен с переходным ослаблением 4,76 дБ,

при этом каждый из двух концов его связанных линий, расположенных с одной из сторон третьего микрополоскового направленного ответвителя, соединен, соответственно, первым и вторым одинаковыми отрезками микрополосковой линии с одним из концов отрезков связанных линий ответвителей с переходным ослаблением 3 дБ, обращенным к третьему микрополосковому направленному ответвителю,

концы других отрезков связанных линий, расположенных с другой стороны микрополосковых направленных ответвителей с переходным ослаблением 3 дБ, соединены между собой третьим отрезком микрополосковой линии, длина которого больше суммарной длины первого и второго отрезков микрополосковых линий на величину от 0,19 до 0,21 длины волны на средней частоте рабочего диапазона,

причем отрезки связанных линий микрополосковых направленных ответвителей с переходным ослаблением 3 дБ соединены с отрезками микрополосковых линий так, что их свободные концы обращены к краям диэлектрической подложки,

при этом три конца отрезков связанных линий микрополосковых направленных ответвителей, обращенных к одному краю диэлектрической подложки, являются входами (выходами), а другие три конца отрезков связанных линий микрополосковых направленных ответвителей, обращенных к противоположному краю диэлектрической подложки, являются выходами (входами) делителя мощности 3×3.

Использование: для радиотехнических устройств различного назначения в качестве элементной базы тонкопленочных интегральных высокочастотных узлов, таких как разделительно-суммирующие устройства, усилители СВЧ мощности, ответвители, радиочастотные мультиплексоры, фазовращатели, фильтры и другие.

Управляемый ответвитель свч сигнала на магнитостатических волнах // 2686584

Изобретение относится к радиотехнике. Ответвитель СВЧ сигнала на магнитостатических волнах содержит подложку из галлий-гадолиниевого граната с размещенными на ней с зазором двумя микроволноводами в форме параллельных удлиненных полосок равной ширины из пленок железо-иттриевого граната (ЖИГ).

Тандемный ответвитель на связанных линиях // 2685551

Использование: для направленного ответвления части мощности из ВЧ и СВЧ тракта. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для ответвления ВЧ и СВЧ части потока электромагнитного излучения с заданными параметрами для приемо-передающей аппаратуры выполненно из микрополосковых линий, расположенных на двух прямоугольных горизонтальных диэлектрических подложках, обратная сторона которых имеет сплошную металлизацию, металлизированные части подложки зеркально сложены между собой плоскостями, при этом происходит формирование в одном плече синфазной составляющей, а в другом - квадратурной составляющей сигнала, на каждой подложке микрополосковые линии нанесены методом фотолитографии, соединение двух микрополосковых линий с топологическим перекрестием в местах соединения выполнено в виде перемычек из фольги на торцах плат, при этом на одном из выходов предусмотрено присоединение резистора, компенсирующего отражения выходного сигнала, при этом резистор может быть пленочным, навесным либо подсоединенным с помощью СВЧ разъема.

Волноводный направленный ответвитель // 2654989

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в волноводной, антенной и СВЧ измерительной технике. Волноводный направленный ответвитель содержит основной и дополнительный прямоугольные волноводы, имеющие общую стенку, в которой выполнены отверстия связи, реализованные в виде прямых трапециевидных призм, у которых боковые грани, соответствующие первому основанию трапеции, лежат в одной плоскости с одной из стенок основного прямоугольного волновода и с одной из стенок дополнительного прямоугольного волновода.

Трехканальный направленный ответвитель свч сигнала на магнитостатических волнах // 2623666

Использование: для создания частотно-избирательного ответвителя мощности. Сущность изобретения заключается в том, что направленный ответвитель на магнитостатических волнах содержит размещенную на подложке из галлий-гадолиниевого граната микроволноводную структуру из пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ), антенны для возбуждения магнитостатических волн, дополнительно введен слой пьезоэлектрического материала, снабженный металлическими электродами для подачи электрического напряжения, размещенный на поверхности микроволноводной структуры с возможностью пьезомагнитного взаимодействия, при этом микроволноводная структура образована тремя параллельными микроволноводами равной ширины, каждый из которых имеет прямоугольную форму и установлен с зазором друг относительно друга с обеспечением режима многомодовой связи, а антенны расположены на концах микроволноводов таким образом, что входная антенна размещена на одном конце срединного волновода, одна выходная антенна размещена на противоположном конце срединного волновода, а две других - на смежных с ним концах периферийных волноводов.

Направленный мост // 2611697

Изобретение относится к области техники СВЧ диапазона и может быть использовано для направленного отбора мощности из основного канала во вторичный, а также в составе измерителей комплексных коэффициентов передачи и отражения (векторных анализаторах цепей) для разделения падающих и отраженных волн.

Делитель мощности для бортовой аппаратуры космического аппарата // 2608978

Изобретение относится к СВЧ радиотехнике. Делитель мощности содержит четыре направленных ответвителя на связанных линиях.

Способ построения микрополосковых направленных ответвителей // 2601233

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано при проектировании фазированных антенных решеток, в частности, направленных ответвителей (НО).

Транснаправленный ответвитель на связанных линиях с вертикальной платой // 2585884

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот. Заявленный транснаправленный ответвитель на связанных линиях содержит горизонтальную диэлектрическую подложку с четырьмя подводящими микрополосковыми линиями, на которую устанавливается вертикальная диэлектрическая плата с нанесенной с двух противоположных сторон металлизацией, образующей связанные линии с лицевой связью, подключенные к подводящим линиям; в горизонтальной диэлектрической подложке выполняется несквозное окно, проникающее до заземленного основания, при этом геометрические размеры окна и вертикальной платы задаются такими, чтобы обеспечить необходимую электромагнитную связь между связанными линиями, а также согласование с подводящими линиями, при этом величина диэлектрической проницаемости материала вертикальной платы выбирается достаточно большой с тем, чтобы достичь отношения эффективных диэлектрических проницаемостей связанных линий при противофазном и синфазном возбуждениях, равного 9:1.

Направленный ответвитель // 2571302

Использование: для радиолокации, радионавигации, связи, а также в антенных системах и радиоизмерениях. Сущность изобретения заключается в том, что направленный ответвитель, выполненный на диэлектрической подложке с нанесенной топологией направленного ответвителя, состоит из четырех отрезков подводящих полосковых линий и области связанных однородных полосковых линий, при этом в область связанных однородных полосковых линий введены два одинаковых участка дополнительных связанных полосковых линий, расположенных по краям области связанных однородных полосковых линий симметрично относительно ее центра, при этом суммарная длина области связанных полосковых линий L=(0.2÷0.3)λсв, где λсв - длина волны области связанных полосковых линий на центральной частоте.