ДВОЙНОЙ ТРОЙНИК СВЧ

Полезная модель относится к области радиотехники СВЧ и может быть использована в качестве суммарно-разностного устройства в антенных системах пеленгации.
Суммарно-разностное устройство позволяет одновременно просуммировать мощности, поступающие на входы устройства с двух антенн, на суммарном выходе, при индикации минимума мощности на разностном выходе, как признак точной пеленгации. Любое отклонение положения системы антенн от правильного приводит к заметному изменению мощности в разностном плече.
Известен кольцевой мост, который можно использовать в качестве суммарно-разностного устройства (Гвоздев В.И., Нефедов Е.И. Объемные интегральные схемы СВЧ - М.; Наука, 1985 г. стр. 146-147). Кольцевой мост содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой стороне - первый проводник в виде кольца длиной полторы длины волны. Перпендикулярно первому проводнику, на одинаковых расстояниях друг от друга, равном четверти длины волны, подключены четыре проводника, концы которых являются поочередно входами и выходами.
Недостатком устройства являются большие габариты кольцевого моста и узкий рабочий диапазон частот.
Меньшие габариты и более широкий рабочий диапазон частот имеет магическое Т-соединение, выбранное в качестве прототипа (Гвоздев В.И., Нефедов Е.И. Объемные интегральные схемы СВЧ - М.; Наука, 1985 г. стр 161-163, рис. 4.12 б). Устройство содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой стороне - проводник, концы которого являются первым и вторым входом. Перпендикулярно первому проводнику, на одинаковых расстояниях от его концов, одним концом подключен второй проводник, второй конец которого является первым выходом. В металлическом основании выполнена щель, пересекающая первый проводник в точке подключения второго проводника, один конец которой, расположенный под вторым проводником, короткозамкнут, а другой конец является вторым выходом. При этом длина участка щели, расположенного под вторым проводником равна четверти длины волны и представляет собой щелевой шлейф.
Ширина рабочего диапазона частот известного устройства небольшая и примерно равна октаве, что обусловлено шунтирующим влиянием щелевого шлейфа - четвертьволнового отрезка щелевой линии, закороченного на конце.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение рабочего диапазона частот.
Для достижения указанной задачи, в двойном тройнике СВЧ, содержащем диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой стороне - проводник, концы которого являются первым и вторым входом, перпендикулярно первому проводнику, на одинаковых расстояниях от его концов, одним концом подключен второй проводник, второй конец которого является первым выходом, в металлическом основании выполнена щель, пересекающая первый проводник в точке подключения второго проводника, один конец которой, расположенный под вторым проводником короткозамкнут, а другой конец является вторым выходом, согласно полезной модели, на отрезке щели, расположенном под вторым проводником в щели включены резисторы, при этом длины отрезков щели от точки пересечения щели с первым проводником до первого резистора, от последнего резистора до короткозамкнутого конца и между резисторами равны четверти длины волны. Кроме того, на металлическое основание установлен объемный поглотитель на отрезке щели от точки пересечения щели с первым проводником до первого резистора.
Введение резисторов и поглотителя в щелевую линию, закороченную на конце, позволяет частотно зависимое реактивное входное сопротивление шлейфа на щелевой линии заменить активным входным сопротивлением, постоянным в широком диапазоне частот, и тем самым обеспечить согласование со стороны входов и неравномерность ослабления с входов на выходы в широком диапазоне частот.
Сравнение прототипа с заявляемым техническим решением показало, что указанные выше признаки являются отличительными, в связи, с чем заявляемое устройство соответствует критерию «новизны».
На фиг. 1 приведена конструкция предлагаемого двойного тройника СВЧ, вид сверху, на фиг. 2 - тройник, вид снизу, на фиг. 3 - тройник, общий вид.
Предлагаемый двойной тройник СВЧ содержит диэлектрическую подложку 1, на одной стороне которой размещено металлическое основание, а на другой стороне - первый проводник 2, концы которого являются первым и вторым входом. Перпендикулярно первому проводнику 2, на одинаковых расстояниях от его концов, подключен одним концом второй проводник 3, второй конец которого является первым выходом. В металлическом основании выполнена щель 4, пересекающая первый проводник 2 в точке подключения середины второго проводника 3. Один конец щели 4, расположенный под вторым проводником 3, короткозамкнут, а другой конец является вторым выходом. Отрезок щели 4, расположенный под вторым проводником 3 представляет собой щелевой шлейф, и на этом отрезке в щели 4 включены резисторы 5, 6, 7, при этом длины отрезков щели 4 от точки пересечения щели 4 с первым проводником 2 до первого резистора 5, от последнего резистора 7 до короткозамкнутого конца щели 4 и между соседними резисторами 5 и 6, 6 и 7 равны четверти длины волны. Дополнительно на металлическое основание на отрезке щели 4 от точки пересечения щели с первым проводником 2 до первого резистора 5 установлен объемный поглотитель 8.
Длина и ширина проводника 3 определяется из условия согласования со стороны выхода (Вых.1) в рабочем диапазоне частот. Ширина проводника 3 увеличивается ступенчато или плавно от выхода (Вых.1) до точки подключения к проводнику 2. Ширина щели 4 определяется из условия согласования со стороны выхода (Вых.2).
Сопротивления резисторов 5, 6, 7, определяются исходя из условия согласования со стороны входов (Вх.1, Вх.2) и развязки между входами (Вх.1, Вх.2) в рабочем диапазоне частот, на основе анализа эквивалентной схемы тройника в режиме установки плоскости короткого замыкания в плоскости симметрии тройника. При этом, чем дальше место включения резистора от точки соединения проводников 2, 3, тем меньше сопротивление резисторов, т.е.:
5
7
R≥R6≥R
5
6
7
Где: R, R, R - сопротивления резисторов 5, 6, 7 соответственно.
Предлагаемый двойной тройник СВЧ работает следующим образом.
В режиме суммирования, СВЧ сигналы, поступающие на входы Вх.1, Вх.2 в фазе, проходят через проводники 2, 3 и суммируются на выходе Вых.1 без потерь. При этом СВЧ мощности на выходе Вых.2 и поглощаемые в резисторах 5, 6, 7 минимальны, так как напряжение на обкладках щелевой линии минимально. При увеличении разности фаз СВЧ сигналов, поступающих на входы Вх.1, Вх.2, мощность на выходе Вых.1 уменьшается, одновременно мощность на выходе Вых.2 увеличивается, при этом часть мощности поглощается в резисторах 5, 6, 7. При разности фаз СВЧ сигналов, поступающих на входы Вх.1, Вх.2, равной 180 градусов, мощность на выходе Вых.1 минимальна, одновременно мощность на выходе Вых.2 максимальна, при этом половина мощности поглощается в резисторах 5, 6, 7. Так как со стороны входов Вх.1, Вх.2 и выхода Вых.2, из-за наличия резисторов в короткозамкнутом шлейфе на щелевой линии 4, отсутствует частотно зависимая реактивная нагрузка в широком диапазоне частот, двойной тройник согласован со стороны входов Вх.1, Вх.2 и имеет развязку между входами в широком диапазоне частот. Поглотитель 8, установленный на короткозамкнутом отрезке щелевой линии 4, поглощает мощность в щелевом шлейфе на высоких частотах, обеспечивает на этих частотах активную нагрузку и тем самым позволяет расширить диапазон частот в сторону верхних частот.
Технико-экономический эффект двойного тройника СВЧ состоит в следующем. Установка резисторов 5, 6, 7 и поглотителя 8 в щелевой шлейф, не увеличивает потери в режиме суммирования на выходе Вых.1 и позволяет индицировать синфазность сигналов, поступающих на входы, по минимуму сигнала на выходе Вых.2, в широком диапазоне частот с коэффициентом перекрытия до 10.
На предприятии были изготовлены опытные образцы предложенного двойного тройника СВЧ. При экспериментальной проверке были получены результаты, подтверждающие достижение поставленной цели. Тройник в диапазоне частот с перекрытием 9.0 обеспечивал сложение синфазных сигналов на выходе Вых.1 с дополнительными потерями не более 1.0 дБ, КСВН со стороны входов Вх.1, Вх.2 и выхода Вых.1 меньше 1.8. Развязка между входами Вх.1, Вх.2 более 15 дБ. На выходе Вых.2 при изменении разности фаз от 180 градусов до нуля ослабление увеличивалось с 8.0 дБ до не менее 32 дБ.
Двойной тройник СВЧ применяется для суммирования мощности последнего каскада АФАР, построенной по многокаскадному принципу.