УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЛОЖЕНИЯ МОЩНОСТИ СВЧ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к области электрорадиосвязи, в частности, к устройствам передачи сигналов, содержащих симметрирующие и компенсирующие устройства и может быть использована в передающих СВЧ устройствах.
Известно устройство сложения мощности сигналов, изложенные в статье В.В. Табакова «Анализ систем АРМ усилительного каскада со сложением мощностей», Техника связи, серия ТРС, 1982 г., вып. 2, стр. 38-44.
Основным недостатком известного устройства сложения мощности СВЧ сигналов является то, что при отказе одного из его двух усилителей мощность выходного сигнала известного устройства сложения мощности СВЧ сигналов уменьшается до половины выходной мощности действующего усилителя, т.е. уменьшается в 4 раза.
Наиболее близким по технической сущности является устройство сложения мощностей, приведенное в статье А.Н. Лебедева-Карманова, А.Л. Файнштейна «Техника современных мощных телевизионных передатчиков дециметрового диапазона», «Вопросы радиоэлектроники», сер. ТРС, 1968 г., вып. 2., стр. 67-82, рис 2. Это устройство содержит делитель малого уровня мощности, блок фазирования, два усилителя мощности, синфазный мост сложения, СВЧ нагрузку, два коммутатора СВЧ на два положения и две линии связи между коммутаторами. В этом устройстве при исправных усилителях мощности их выходы подключены через два коммутатора СВЧ на два положения к мосту сложения, суммарный выход которого через коммутатор на три положения подключен к выходу устройства сложения мощностей. При отказе одного из двух усилителей мощности другой усилитель через один коммутатор на два положения и один коммутатор на три положения и линии связи между ними подключается к выходу устройства, минуя мост сложения.
В этом устройстве СВЧ сигналы с выхода каждого из действующих усилителей мощности проходят через два коммутатора, один из которых является двухпозиционным, а другой - трехпозиционным, и через линию связи между этими коммутаторами. СВЧ коммутаторы являются сложными устройствами и имеют достаточно существенные потери, например двухпозиционный коммутатор: 0,3-0,5 дб, трехпозиционный коммутатор: 0,5-1 дб. Кроме того, переключение коммутаторов происходит в ручном режиме, что занимает несколько секунд. Это является существенным недостатком известного устройства сложения мощностей СВЧ сигнала.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы устройства при неисправности одного из СВЧ усилителей.
Техническим результатом устройства для сложения мощности СВЧ сигналов является уменьшение потерь и увеличение его быстродействия.
Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что устройство для сложения мощности СВЧ сигналов содержит блок фазирования, два усилителя мощности СВЧ сигналов и синфазный мост сложения.
Входы блока фазирования являются входами устройства для сложения мощности СВЧ сигналов. К каждому выходу блока фазирования подключен вход усилителя мощности СВЧ сигналов. Синфазный мост сложения производит суммирование двух СВЧ сигналов.
Новизна предлагаемой полезной модели заключается в том, что дополнительно введены первый направленный ответвитель, первый датчик сигнала, второй направленный ответвитель, второй датчик сигнала, щелевой мост с управляемой заслонкой, первый управляемый дискретный фазовращатель на 90°, второй управляемый дискретный фазовращатель на 90°, схема «И», устройство управления заслонкой, первое устройство управления фазовращателем, второе устройство управления фазовращателем. Выход первого усилителя мощности СВЧ сигналов подключен к входу первого направленного ответвителя, первый выход которого соединен с входом первого датчика мощности, а второй его выход соединен с первым входом щелевого моста с заслонкой. Выход второго усилителя мощности СВЧ сигналов подключен к входу второго направленного ответвителя, первый выход которого соединен с входом второго датчика мощности, а второй выход второго направленного ответвителя соединен с вторым входом щелевого моста с заслонкой. Выход первого датчика мощности соединен с первым входом схемы «И» и с входом второго устройства управления фазовращателем, выход которого соединен с первым входом второго дискретного фазовращателя на 90°. Выход второго датчика мощности соединен с вторым входом схемы «И» и с входом первого устройства управления фазовращателем, выход которого подключен к первому входу первого дискретного фазовращателя на 90°.
Выход первого дискретного фазовращателя на 90° подключен к первому входу синфазного моста сложения, выход второго управляемого дискретного фазовращателя на 90° подключен ко второму входу синфазного моста сложения. Первый выход щелевого моста с заслонкой соединен со вторым входом первого дискретного фазовращателя на 90°, второй выход щелевого моста с заслонкой подключен к второму входу второго дискретного фазовращателя на 90°. Выход схемы «И» соединен с входом устройства управлением заслонкой, выход которого подключен к заслонке щелевого моста. Выход синфазного моста сложения является выходом устройства сложения мощности СВЧ сигналов.
На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для сложения мощности СВЧ сигналов.
Устройство для сложения мощности СВЧ сигналов состоит из блока фазирования 1, первого СВЧ усилителя 2, второго СВЧ усилителя 3, первого направленного ответвителя 4, первого датчика сигнала 5, второго направленного ответвителя 6, второго датчика сигнала 7, щелевого моста с управляемой заслонкой 8, первого управляемого дискретного фазовращателя на 90° 9, второго управляемого дискретного фазовращателя на 90° 10, синфазного моста сложения 11, схемы «И» 12, устройства управления заслонкой 13, первого устройства управления фазовращателем 14, второго устройства управления фазовращателем 15.
Выходы блока фазирования 1 соединены соответственно с входами усилителей мощности СВЧ сигналов 2 и 3. Выход первого усилителя мощности СВЧ 2 подключен к входу первого направленного ответвителя 4, первый выход которого соединен с входом первого датчика мощности 5, а второй его выход соединен с первым входом щелевого моста с заслонкой 8. Выход второго усилителя мощности СВЧ сигналов 3 подключен к входу второго направленного ответвителя 6, первый выход которого соединен с входом второго датчика мощности 7, а второй выход второго направленного ответвителя 6 соединен с вторым входом щелевого моста с заслонкой 8. Выход первого датчика мощности 5 соединен с первым входом схемы «И» 12 и с входом второго устройства управления фазовращателем 15, выход которого соединен с первым входом второго дискретного фазовращателя на 90° 10. Выход второго датчика мощности 7 соединен с вторым входом схемы «И» 12 и с входом первого устройства управления фазовращателем 14, выход которого которого подключен к первому входу первого дискретного фазовращателя на 90° 9.
Выход первого дискретного фазовращателя на 90° 9 подключен к первому входу синфазного моста сложения 11, выход второго управляемого дискретного фазовращателя на 90° 10 подключен ко второму входу синфазного моста сложения И. Первый выход щелевого моста с заслонкой 8 соединен со вторым входом первого дискретного фазовращателя на 90° 9, второй выход щелевого моста с заслонкой 8 подключен к второму входу второго дискретного фазовращателя на 90° 10. Выход схемы «И» 12 соединен с входом устройства управлением заслонкой 13, выход которого подключен к заслонке щелевого моста 8. Выход синфазного моста сложения 11 является выходом устройства для сложения мощности СВЧ сигналов.
Устройство для сложения мощности СВЧ сигналов работает следующим образом. Входные СВЧ сигналы, пройдя через блок фазирования 1, поступают на входы первого и второго СВЧ усилителей 2 и 3, где усиливаются по мощности. При исправных первом и втором СВЧ усилителях 2 и 3, части каждого из сигналов через направленные ответвители 4 и 6 поступают на первый и второй датчики мощности 5 и 7, которые формируют два сигнала логического «0», поступающих на входы схемы «И» 12. При этом, на ее выходе образуется сигнал логической «1», который подается на устройство управления заслонкой 13. В результате заслонка в щелевом мосте 8 устанавливается в положение, при котором щель закрыта и щелевой мост 8 превращается в два независимых одинаковых отрезка волновода между выходами первого и второго усилителей мощности СВЧ сигналов 2 и 3 и вторыми входами первого и второго управляемых дискретных фазовращателей 9 и 10. Одновременно, сигналы с первого и второго датчиков мощности 5 и 7 поступают на входы второго и первого устройств управления фазовращателями 15 и 14. В них создаются управляющие сигналы, устанавливающие в управляемых дискретных фазовращателях на 90° 9 и 10 нулевые фазовые сдвиги. В результате СВЧ сигналы с выходов первого и второго усилителей мощности СВЧ-сигналов 2 и 3 проходят через отрезки волноводов одинаковой длины и поступают на входы синфазного моста сложения 11. В результате фазирования входных СВЧ сигналов в блоке фазирования 1 на выходе 1 синфазного моста сложения 11 создается максимум выходного СВЧ сигнала. Это соответствует сумме мощностей двух выходных сигналов первого и второго усилителей мощности СВЧ-сигналов 2 и 3. При выходе из строя одного СВЧ усилителя, например, первого усилителя мощности СВЧ-сигналов 2 на выходе первого датчика мощности 5 появляются сигналы логической «1», в результате чего на выходе схемы «И» 12 также образуется сигнал логической «1», который подается на устройство управления заслонкой 13 и открывает заслонку в щелевом мосте 8. Сигнал с выхода действующего второго усилителя мощности СВЧ сигналов 3 поступает на вход 2 щелевого моста 8 и делится на его выходах поровну, а в соответствии со свойством щелевого моста 8 фаза сигнала на его выходе 1 сдвигается на 90° относительно фазы сигнала на выходе 2. СВЧ сигнал на входе 1 синфазного моста сложения 11 будет иметь также фазу 90°, т.к. состояние дискретного управляемого фазовращателя на 90° 9 не изменилось и его вносимая фаза равна 0.
Одновременно сигнал логической «1» с выхода первого датчика мощности 5 подается на второе устройство управления фазовращателем 15, в котором формируется сигнал управления вторым управляемым дискретным фазовращателем на 90° 10, сдвигающий фазу проходящего через него сигнала на 90°, после чего, этот сигнал поступает на второй вход синфазного моста сложения 11.
Таким образом, СВЧ сигналы на входах 1 и 2 синфазного моста сложения 11 оказываются в одинаковой фазе и складываются на его выходе 1. Это позволяет полностью восстановить мощность действующего второго усилителя мощности СВЧ сигналов 3 на выходе устройства сложения мощностей СВЧ сигналов.
Аналогично передается на выход синфазного моста сигнал действующего первого усилителя мощности СВЧ сигналов 2 в случае отказа второго усилителя мощности СВЧ сигналов 3. При отсутствии сигнала с выхода датчика мощности 7, со схемы «И» 12 подается сигнал логической «1» на устройство управления заслонкой 13, после чего она открывается. Одновременно сигнал логического «0» с второго датчика мощности 7 подается на первое устройство управления фазовращателем 14, в результате чего первый управляемый дискретный фазовращатель 9 изменяет фазу на 90°. Это компенсирует сдвиг фазы 90° на втором выходе щелевого моста 8, который передается на второй вход синфазного моста 11 т.к. состояние второго управляемого дискретного фазовращателя на 90° 10 не изменилось и его вносимая фаза равна 0°. Таким образом, на синфазный мост 11 приходят два синфазных сигнала, что позволяет получить на его первом выходе полную мощность действующего первого усилителя мощности СВЧ сигналов 2 за вычетом потерь в щелевом мосте 8, первом и втором управляемых дискретных фазовращателях на 90° 9 и 10, синфазном мосте сложения 11.
Блок фазирования 1 может быть выполнен в виде двух управляемых фазовращателей; первый и второй датчики мощности 5 и 7 могут быть выполнены в виде детекторов СВЧ сигнала, выходы которых нагружены на компараторы напряжения; первый и второй управляемые дискретные фазовращатели на 90° 9 и 10 могут быть выполнены в виде ферритовых фазовращателей с квадрупольным магнитным полем, которые имеют малые потери и могут работать при высоких уровнях мощности СВЧ сигнала. Первое и второе устройства управления 14, 15 могут быть выполнены посредством использования логических микросхем, нагруженных на токовые ключи. Синфазный мост сложения 11 - это двойной свернутый волноводный Т-мост.
Предлагаемое устройство для сложения мощности СВЧ сигналов производит подключение действующего усилителя мощности к выходу системы сложения в автоматическом режиме в течение 0,2…0,3 сек. в отличие от прототипа, в котором производится ручное переключение в течение нескольких секунд, при этом дополнительные потери мощности действующего усилителя на 0,5…0,7 дБ меньше, чем у прототипа.