НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ

Полезная модель относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), в частности, к устройствам отбора мощности, и может быть использовано в фидерных трактах техники связи, радиолокационных устройств, телевидении, в измерительной технике.
При работе различных устройств СВЧ возникает необходимость проверки исправности СВЧ-тракта этих устройств.
Одним из способов проверки является измерение коэффициента стоячей волны (КСВ) СВЧ-тракта в заданном диапазоне частот. Другим способом проверки исправности, в частности многоканального, СВЧ-тракта, является сравнение фаз сигналов в различных каналах тракта. Оба эти способа можно реализовать с помощью направленного ответвителя. Направленный ответвитель - это СВЧ-устройство, которое предназначено для ответвления части энергии из основной линии передачи в другую (вторичную), причем так, что направление передачи энергии во второй линии зависит от направления передачи в основной линии. Одним из параметров, характеризующим направленный ответвитель, является переходное ослабление, отношение мощностей, распространяющихся в основной и вторичной линиях. Переходное ослабление определяет уровень мощности ответвляемого сигнала, т.е. сигнала, поступающего для дальнейшей обработки. Другим параметром является направленность, которая определяется как отношение мощностей, распространяющихся во вторичной линии в противоположных направлениях. (Бова Н.Т., Резников Г.Б. Антенны и устройства СВЧ «Вища школа» Киев. 1982. с. 60). Направленность определяет влияние на сигнал, ответвляемый с одного выхода устройства, сигнала, приходящего с другого выхода устройства. Этот параметр влияет, например, на точность определения КСВ СВЧ-тракта, уровня мощности сигнала и т.п.
При определении коэффициента стоячей волны (КСВ) СВЧ-тракта, мощности, фазы СВЧ-сигнала используют устройства (детекторы). Часто эти устройства (детекторы), измеряющие для определения КСВ уровень мощности, падающей и отраженной волн, а также фазу имеют сравнительно небольшой уровень входной мощности, при котором возможно измерение КСВ и фазы с хорошей точностью. Как правило, для измерения КСВ и фазы с хорошей точностью, необходимо подавать с направленного ответвителя на устройство сигнал малого уровня мощности. При этом устройства (детекторы) зачастую установлены на значительном (несколько длин волн) расстоянии. В этом случае сигнал малого уровня, поступающий с направленного ответвителя на детектор мощности, искажается (изменяется уровень и фаза сигнала) от воздействия внешних электромагнитных полей, что отрицательно сказывается на точности измерений. Для уменьшения воздействия внешних электромагнитных полей детекторы стараются расположить как можно ближе к направленному ответвителю, а также использовать линии передачи с повышенной защищенностью (дополнительной экранировкой) от воздействия внешних электромагнитных полей. К сожалению, это не всегда возможно, например, в силу конструктивных особенностей как отдельных устройств, так и компоновки всей аппаратуры, либо приводит к значительному усложнению устройств и всей аппаратуры, и соответственно к увеличению стоимости в том числе и направленного ответвителя.
Так, в отдаленном аналоге заявляемой полезной модели направленном ответвителе (пат. на полезную модель №112510, МПК Н01Р 5/18, 2011), состоящем из наружного проводника, внутреннего проводника первичной и внутреннего проводника связанной с первичной вторичной линии, причем во внутренней части наружного проводника выполнена выемка, внутри которой расположен проводник вторичной линии, а торцевые стенки выемки совместно с выходами вторичной линии и нагрузки образуют отрезок коаксиальной линии со щелью.
Данное устройство имеет высокую направленность, простое конструктивное исполнение и как следствие, сравнительно невысокую стоимость.
Этому устройству присущи следующие недостатки:
сложность использования ответвителей в эксплуатации (измерения КСВ тракта устройства СВЧ в заданном диапазоне частот), т.к. при измерении КСВ на каждой частоте рабочего диапазона необходимо использование значение переходного ослабления направленных ответвителей на каждой из частот;
низкая помехоустойчивость сигнала, поступающего с направленного ответвителя на детектор, т.к. сигнал с направленного ответвителя фиксирован и должен иметь малый уровень мощности.
Более близким аналогом, выбранным в качестве прототипа в связи со сходством выполняемой технической задачи, является направленный ответвитель (пат. на полезную модель №185819, МПК Н01Р 5/18, 2018, опубликовано: 19.12.2018 Бюл. №35), состоящий из первичной линии, вторичной линии, двух аттенюаторов, имеющие вход и выход, причем вход одного аттенюатора соединен с одним концом вторичной линии, вход другого аттенюатора соединен со вторым концом вторичной линии, а выходы аттенюаторов являются выходами вторичного тракта, направленного ответвителя.
Так как в данном направленном ответвителе для измерения уровня мощности, падающей и отраженной волн, используется одна вторичная линия, значения переходного ослабления одинаковы для разных ее концов. Следовательно, при вычислениях КСВ нет необходимости знать переходное ослабление каждого направленного ответвителя на каждой из частот заданного диапазона. Это значительно упрощает использование ответвителей (измерения КСВ тракта устройства СВЧ в заданном диапазоне частот).
К недостаткам этого направленного ответвителя можно отнести низкую помехоустойчивость ответвленного сигнала, поступающего с направленного ответвителя на детектор, т.к. сигнал с направленного ответвителя фиксирован и имеет малый уровень мощности.
Технический результат предлагаемого технического решения - повышение помехоустойчивости сигнала, поступающего с направленного ответвителя на устройства (детектор) для дальнейшей обработки и определения значений необходимых параметров.
Другой технический результат - повышение направленности ответвителя.
Указанный технический результат достигается тем, что в направленном ответвителе, состоящем из первичной линии, вторичной линии, аттенюаторов, выходы которых являются выходами вторичных трактов направленного ответвителя и присоединяются непосредственно к устройствам, измеряющим уровень мощности СВЧ-сигналов, введены экранированные линии передачи, выход каждой линии передачи присоединен к входу соответствующего аттенюатора, вход соединен с соответствующим выходом вторичной линии.
Другой технический результат достигается тем, что в направленном ответвителе установлены, дополнительные аттенюаторы, причем вход каждого дополнительного аттенюатора соединен с одним из выходов вторичной линии, а выход со входом соответствующей экранированной линии передачи.
В предложенном устройстве имеются существенные отличия от рассмотренных выше направленных ответвителей. В известных устройствах отсутствуют упоминания об использовании экранированной линии передачи, соединяющей вход аттенюатора с концом вторичной линии.
Кроме того, в известных направленных ответвителях отсутствуют также упоминания об использовании дополнительного аттенюатора, установленного между концов вторичной линии и входом экранированной линии передачи.
Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критериям патентоспособности.
Сущность полезной модели будет более понятна из приведенного описания и прилагаемого к ней чертежа, на котором изображено следующее:
На фиг. 1 показана схема предлагаемого по п. 1 направленного ответвителя.
На фиг. 2 показана схема предлагаемого по п. 2 направленного ответвителя.
Направленный ответвитель (см. фиг. 1) состоит из первичной линии 1, вторичной линии 2, двух аттенюаторов 3, 4, выходы 5, 6 аттенюаторов 3, 4 являются выходами направленного ответвителя (вторичного тракта), присоединяемые к устройствам, измеряющим уровень мощности сигналов для дальнейшей обработки и определения значений необходимых параметров (на фиг. 1 не показаны). Входы 7, 8 аттенюаторов 3, 4 присоединены к выходам 9, 10 экранированных линий передачи 11, 12, входы 13, 14 экранированных линий передачи 11, 12 присоединены к выходам 15, 16 вторичной линии вторичной линии 2. Направленный ответвитель может иметь только один выход, как направленный ответвитель (пат. на изобретение №2364996, МПК Н01Р 1/15, Н01Р 1/10, 2009), второй выход нагружен согласованной нагрузкой.
Направленный ответвитель работает следующим образом.
Бегущая волна, распространяющаяся в первичной линии 1, возбуждает во вторичной линии 2 бегущую волну (Сазонов Д.М. Гридин А.Н. Мишустин Б.А. Устройства СВЧ «Высшая школа» М. 1981 стр. 74). Пусть при этом часть энергии СВЧ-сигнала поступает на выход 15 вторичной линии 2, а часть, поступающей с другого конца, - на выход 16 вторичной линии 2. Далее (см. фиг. 1), так как выход 15 (16) вторичной линии 2 присоединен к входу 13 (14) экранированной линии передачи 11 (12), а выход 7 (8) экранированной линии передачи 11 (12) аттенюаторов 3 (4) по экранированной линии передачи 11 (12) присоединен к входам 13 (14) аттенюатора 3 (4), сигнал поступает на аттенюатор 3 (4), где ослабляется до нужного уровня и через выход 5 (6) аттенюатора 3 (4) являющиеся выходами направленного ответвителя (вторичного тракта), поступают к устройствам, измеряющим уровень мощности сигналов для дальнейшей обработки и определения значений необходимых параметров.
Важным параметром направленного ответвителя является направленность, которая определяется как отношение мощностей, распространяющихся во вторичной линии в противоположных направлениях. (Бова Н.Т., Резников Г.Б. Антенны и устройства СВЧ «Вища школа» Киев. 1982. с. 60). Направленность определяет влияние на сигнал, ответвляемый с одного выхода устройства, сигнала, приходящего с другого выхода устройства. Для обеспечения хорошей направленности (для обеспечения точного измерения КСВ, мощности и других параметров) необходимо обеспечить хорошее согласование вторичной линии 2. Обычно, для обеспечения хорошей направленности конец вторичной линии, который не является выходом, непосредственно присоединен к согласованной нагрузке. В заявляемом устройстве нагрузка (аттенюатор 3, 4) присоединен с помощью экранированной линии передачи 11 (12). Однако линия передачи 11 (12) не является идеально согласованной, т.е. имеет коэффициент стоячей волны (КСВ) больше 1 (Белоусов Н.И., Саакян А.Е., Яковлева А.И. Электрические кабели, провода и шнуры, справочник, 5-е издание, М., Энергоатомиздат, 1988 г. с. 300). Соединители, осуществляющие непосредственный контакт линии передачи 11 (12) с выходом 15 (16) вторичной линии 2, представляют собой неоднородности, которые также вносят рассогласование и ухудшают тем самым направленность (Гальперович Д.Я., Павлов А.А., Хренков Н.Н. Радиочастотные кабели, М., Энергоатомиздат, 1990г. с.216).
Для повышения направленности в направленном ответвителе (см. фиг. 2) могут устанавливаться, дополнительные аттенюаторы 17, 18, таким образом, что вход 19, 20 каждого дополнительного аттенюатора 17, 18 соединен с одним из выходов 15, 16 вторичной линии 2, а выход 21, 22 со входом 13, 14 соответствующей экранированной линии передачи 11, 12.
В этом случае дополнительные аттенюаторы 17, 18 за счет ослабления СВЧ-сигнала (в прямом и обратном направлении) уменьшают влияние линий передачи 11, 12 и соединителей, осуществляющих непосредственный контакт линии передачи 11, 12 с выходом 15, 16 вторичной линии 2. Уменьшение влияние линий передачи и соединителей позволяет повысить направленность, кроме того, механическое повреждение самой линии передачи 11 (12), либо контакта линии передачи 11 (12) с аттенюатором 3 (4) не приведет с значительному ухудшению направленности, что позволяет получить информацию с другого выходами направленного ответвителя, тем самым повышает надежность устройства. Поэтому использование дополнительных аттенюаторов 17, 18 позволяет добиться не только повышения направленности направленного ответвителя, но и дополнительно увеличить надежность устройства.
Применение предложенного технического решения позволит повысить помехоустойчивость сигнала, поступающего с направленного ответвителя на устройства (детектор) для дальнейшей обработки и определения значений необходимых параметров, а также повысить направленность устройства и увеличить его надежность.
На дату подачи заявки изготовлен работающий макет направленного ответвителя, обладающий повышенной помехоустойчивостью, направленностью и надежностью.