ДЕЛИТЕЛЬ СВЧ-СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), в частности, к устройствам деления (сложения) СВЧ сигналов и может быть использовано для деления (сложения) СВЧ сигналов в фидерных трактах техники связи, радиолокационных устройств, телевидении, в измерительной технике.
При разработке устройств СВЧ возникает задача создания устройства деления (сложения) СВЧ сигналов на большой уровень рабочей мощности, с малыми потерями и хорошим согласованием в широком частотном диапазоне, имеющие малые массогабаритные показатели, при этом необходимо, чтобы входы сумматора были развязаны между собой. Развязка входов делителя (сумматора) позволяет осуществлять деление (сложение) сигналов, например, сложение СВЧ сигнала от нескольких генераторов при выходе одного или нескольких из строя.
Деление (сложение) СВЧ сигнала можно осуществлять с помощью кольцевого моста (Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств., Жук М.С. и Молочков Ю.Б. М., «Энергия», 1973). Кольцевые мосты могут быть выполнены на линиях различного типа: коаксиальных, симметричных и несимметричных полосковых линиях. Кольцевой мост, содержит корпус и установленный внутри него проводник, выполненный в виде замкнутого кольца, выход, два входа, установленные по разные стороны от выхода на расстоянии равном четверти длины волны, и второй выход, расположенный между входами на расстоянии четверти длины волны от одного из входов и трех четвертей от другого, и соединенный с согласованной нагрузкой.
При присоединении к двум входам генераторов, СВЧ сигналы от них складываются, и выход из строя одного из генераторов не сказывается на работе второго. В этом устройстве могут суммироваться сигналы большой мощности, так как, мощность ограничивается, в основном, мощностью, которая способна выдержать согласованная нагрузка.
Однако, указанное устройство имеет большие габариты. Полная длина средней линии кольца равна 1,5λ (Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств., Жук М.С. и Молочков Ю.Б. М., «Энергия», 1973).
Более близким аналогом, выбранным в качестве прототипа в связи с сходством выполняемой технической задачи, является делитель (Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях, Малорадский Л.Г., Явич Л.Р. М., «Советское Радио», 1972) состоящий из симметричного тройника, имеющий вход и 2 выхода, расположенные по разные стороны от входа на расстоянии равном четверти длины волны, активное сопротивление, одним концом подключенное к первому выходу, вторым - ко второму. Делитель мощности обеспечивает развязку между выходными плечами, хорошее согласование, малые потери и значительно меньшие габариты, так как полная длина средней линии равна 0,5λ. Однако, этому устройству присущи следующие недостатки:
- малый уровень рабочей мощности, так как, активное сопротивление должно иметь небольшие размеры, что ограничивает мощность, рассеиваемую сопротивлением. Применение сопротивлений (резисторы типа Р1-2), в которых для увеличения рабочей мощности необходимо применять внешний радиатор, как правило, соединенный с корпусом устройства, приводит к значительному ухудшению параметров, из-за наличия паразитных реактивностей сопротивления (индуктивность и емкость выводов, емкость, образованная резистивным слоем и корпусом и т.п.).
- трудности подстройки, так как, сопротивление имеет конечные размеры, и необходимо менять расстояние между входом и выходами (это расстояние должно быть отлично от четверти длины волны) (Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях, Малорадский Л.Г., Явич Л.Р. М., «Советское Радио», 1972). Однако, в результате изготовления размеры элементов делителя (например, размеры проводников, расположение мест соединения сопротивления и проводников и т.д.), могут несколько отличаться от расчетных, что в свою очередь приводит к ухудшению параметров и затрудняет регулировку.
Технический результат предлагаемого технического решения - увеличение уровня рабочей мощности при сохранении хорошего согласования, малых потерь и небольших габаритов и упрощение процесса регулировки.
Указанный технический результат достигается тем, что в делитель СВЧ сигналов, содержащий симметричный тройник, имеющий вход, два выхода, расположенные по разные стороны от входа на расстоянии равном четверти длины волны и активное сопротивление, одним концом подключенное к первому выходу, вторым - ко второму, введены два подстроечные элемента, причем первый подключен к одному выводу активного сопротивления, второй к другому выводу активного сопротивления
На фиг.1 показана схема предлагаемого устройства,
Делитель СВЧ сигналов содержит симметричный тройник, вход 1 и два выхода 2, 3, расположенные по разные стороны от входа 1 на расстоянии равном четверти длины волны и активное сопротивление 4, одним концом подключенное к первому выходу 2, вторым - ко второму выходу 3, два подстроечные элемента 5, 6, подстроечный элемент 5 подключен к одному выводу активного сопротивления 4, подстроечный элемент 6 к другому выводу активного сопротивления 4.
Делитель СВЧ сигналов работает следующим образом.
СВЧ сигнал поступивший на вход 1 разделяется поровну между двумя выходами 2, 3, расположенными на расстоянии равном четверти длины волны от входа 1. Сигналы на выходах 2, 3 равны и синфазны, если выходы 2, 3 согласованы. Согласование выходов 2, 3 достигается присоединением к ним согласованных нагрузок (на фиг.1 не показаны) и компенсированием паразитных реактивностей сопротивления 4 подстроенными элементами 5, 6. В случае рассогласования одного из выходов, например, второго, сигнал, отраженный от выхода 2, поступает на выход 3 двумя путями: непосредственно через сопротивление 4 и через отрезки линии, равные половине длины волны. Таким образом, на выходе 3 складываются два сигнала в противофазе, тем самым достигается компенсация отраженного сигнала, то есть, достигается развязка между выходами 2 и 3. При этом половина мощности поступает на выход 3, а половина рассеивается на сопротивлении 4. Равенство (по мощности, и по фазе), а следовательно, полная компенсация отраженных сигналов, приходящих на выход 3 достигается подстроечным элементом 6. В силу симметрии делителя СВЧ сигналов аналогичные рассуждения справедливы и при рассогласовании выхода 3.
Использование подстроечных элементов позволяет применять установленные на радиаторе сопротивления, рассчитанные на большую мощность, что значительно повышает рабочую мощность устройства. При этом сохраняются хорошее согласование, малые потери и небольшие габариты делителя.
Кроме того, использование подстроечных элементов позволяет скомпенсировать влияние технологических ошибок и упростить процесс регулировки делителя.
Если на выходы 2, 3 делителя подать синфазные сигнала, то на входе 1 получим суммарный сигнал. Таким образом, делитель может обеспечить сложение сигналов, например, сложение сигналов двух синфазных генераторов. Так как, выходы заявляемого устройства развязаны, то выход из строя одного из генераторов не сказывается на работе второго
На дату подачи заявки изготовлен макет делителя. Делитель выполнен с использованием симметричных полосковых линий, В качестве активного сопротивления выбран резистор Р1-2 (ОЖО.467.155ТУ). Корпус резистора соединен с корпусом делителя, который служит радиатором для резистора. Подстроечные элементы выполнены в виде высокочастотных плунжеров.. Проведенные испытания показали, что рабочая мощность возросла в 4 5 раз, при этом уровень затухания СВЧ сигнала и согласование в рабочей полосе частот не ухудшились по сравнению с базовой моделью.