Делитель мощности СВЧ

Полезная модель относится к области радиотехники СВЧ и может использоваться в СВЧ аппаратуре в качестве частотных дискриминаторов для согласованного деления мощности между двумя выходами при частотно зависимом коэффициенте деления.
Известно балансное устройство (см. Микроэлектронные устройства СВЧ. Под ред. Г.И. Веселова. - М: Высш. шк., 1988, стр. 84), которое содержит два 3-дБ направленных ответвителя. Выходы первого ответвителя соединены с входами второго через отрезки линии передачи разной длины. Один из входов первого ответвителя является входом устройства, выходы второго ответвителя являются выходами устройства. Суммарная мощность на выходах равна мощности на входе. При этом коэффициент деления зависит от разности фаз отрезков линии передачи и, следовательно, от частоты. Балансное устройство может использоваться в качестве делителя СВЧ с частотно зависимым коэффициентом деления. Однако из-за использования 3-дБ направленных ответвителей, балансное устройство имеет сложную конструкцию и ограничено по ширине диапазона частот широкополосностью 3-дБ направленных ответвителей.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является делитель мощности (см. АС СССР №1830565, МПК Н01Р 5/12 опубл. 30.07.93. Бюл. №28), выбранный в качестве прототипа. Делитель мощности содержит диэлектрическую пластину, на одной стороне которой размещено металлическое основание, в котором выполнена щелевая линия, один конец которой разомкнут, а второй конец является входом. На другой стороне пластины расположены первый и второй проводники так, что их проекции пересекают щелевую линию у разомкнутого конца, и в точках пересечения с проекцией щелевой линии проводники соединены через резистор. Концы проводников являются выходами делителя.
Прототип обеспечивает в широком диапазоне частот деление мощности с входа на четыре выхода, но с одинаковым коэффициентом передачи, что не позволяет его использовать в качестве частотного дискриминатора для определения частоты, исходя из разности мощности на выходах, или делителя с неравным делением мощности.
Цель полезной модели - обеспечение частотно зависимого коэффициента деления мощности между выходами делителя мощности в широком диапазоне частот.
Для достижения указанной цели, в предлагаемом делителе мощности СВЧ, содержащем диэлектрическую пластину, у которой на одной стороне размещено металлическое основание, в котором выполнена щелевая линия, один конец которой разомкнут, а второй конец является входом, а на другой стороне пластины расположены первый и второй проводники так, что их проекции пересекают щелевую линию у разомкнутого конца и в точках пересечения с проекцией щелевой линии проводники соединены через резистор, при этом одни, диаметрально противоположные, концы проводников являются выходами делителя, согласно полезной модели второй конец одного из проводников разомкнут, а второй конец другого проводника соединен с металлическим основанием, при этом длины проводников от вторых концов до щели одинаковы.
Выполнение двух диаметрально противоположных концов проводников делителя мощности СВЧ короткозамкнутым и разомкнутым, при одинаковых длинах проводников позволяет обеспечить в широком диапазоне частот дуальное распределение мощности между другими двумя выходами в зависимости от электрической длины отрезков линий и, следовательно, от частоты.
Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого устройства из литературы неизвестны, поэтому оно соответствует критериям новизны.
На фиг. 1 приведена топология предлагаемого делителя мощности СВЧ.
Предлагаемый делитель мощности СВЧ содержит диэлектрическую пластину 1, на нижней стороне которой размещено металлическое основание 2, в котором выполнена щелевая линия 3, один конец которой разомкнут, а второй конец является входом делителя «Вх». На верхней стороне пластины 1 расположены проводники 4, 5 так, что их проекции пересекают щелевую линию 3 у ее разомкнутого конца и в точках пересечения с проекцией щелевой линии проводники 4, 5 соединены через резистор 6. Одни концы проводников 4, 5 диаметрально противоположные друг другу, являются выходами делителя «Вых. 1», «Вых. 2». Второй конец проводника 4 соединен с металлическим основанием 2 через металлизированное отверстие 7, а второй конец проводника 5 разомкнут.
Волновые сопротивления щелевой линии 3 и проводников 4, 5, а также сопротивление резистора 6, равны сопротивлению входа и выходов. При этом во всем диапазоне частот, делитель согласован с входа и выходов, а выходы его также развязаны.
Длины участков проводников 4, 5 от вторых концов до щели 3 одинаковы и выбираются, исходя из требуемой частотной зависимости коэффициента деления. При длине равной четному числу четверти длины волны, на выходе «Вых. 1» будет максимум мощности, на выходе «Вых. 2» минимум мощности. При длине равной нечетному числу четверти длины волны, наоборот, на выходе «Вых. 1» - минимум мощности, на выходе «Вых. 2» максимум мощности.
1
2
Предлагаемый делитель мощности СВЧ работает следующим образом. СВЧ мощность, поступающая на вход «Вх», проходит по щелевой линии 3, распределяется между проводниками 4 и 5 и по ним проходит на выходы «Вых. 1», «Вых. 2». Так как один конец проводника 4 закорочен, а диаметрально противоположный конец проводника 5 разомкнут, мощность распределяется между выходами по разным закономерностям. Величины мощности P и Р, поступающие на выходы «Вых. 1», «Вых. 2», соответственно, определяются электрической длиной Q отрезков проводников 4 и 5 от короткозамкнутого и разомкнутого концов до щелевой линии 3 по формулам:
0
где Р - мощность на входе,
1
P - мощность на выходе 1
2
Р - мощность на выходе 2
Q - электрическая длина проводников 4, 5
12
Коэффициент деления мощности К независим от входной мощности и определяется величиной Q по формуле:
.
0
Из формул (1), (2) видно, что суммарная мощность на выходах равна Р. Делитель согласован при любой электрической длине Q проводников, то есть на всех частотах. Так как между проводниками 4 и 5 включен резистор 6, сопротивление которого равно сопротивлению входа и выходов, делитель согласован со стороны выходов «Вых. 1», «Вых. 2» и эти выходы развязаны.
Технико-экономический эффект предлагаемого делителя СВЧ состоит в следующем. Выполнение диаметрально противоположных концов проводников короткозамкнутым и разомкнутым на одинаковом расстоянии от щелевой линии позволяет получить делитель с частотно зависимым коэффициентом деления, согласованный и развязанный в широком диапазоне частот.
На предприятии был изготовлен макет предложенного делителя СВЧ. Макет, выполнен на микрополосковой линии со встроенным переходом со щелевой линии на микрополосковую. При экспериментальной проверке были получены результаты, подтверждающие достижение поставленной цели. Макет в диапазоне частот с перекрытием 8.0 был согласован со стороны входа (КСВН меньше 1.5) и выходов (КСВН меньше 1.3). Развязка выходов более 20 дБ. Коэффициент деления изменялся от частоты в пределах от минус 30 дБ до плюс 30 дБ. Таким образом, предлагаемый делитель СВЧ, по сравнению с прототипом, обеспечивает частотно зависимый коэффициент деления, что позволяет использовать его в качестве частотного дискриминатора.