КОМПАКТНЫЙ НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в радиолокации, радионавигации, связи, антенных системах и радиоизмерениях как самостоятельное устройство, а также в качестве функционального узла для построения делителей мощности, фазовращателей, смесителей, модуляторов, дискриминаторов, сумматоров мощности, диаграммообразующих элементов.
В настоящий момент широкую известность получила конструкция квадратурного направленного ответвителя, выполненная в виде двух одинаковых отрезков линии передачи, например, коаксиального кабеля, длиной в 1/8 длины волны в линии и содержащего две сосредоточенные емкости связи, которые включены на концах отрезков между потенциальными проводниками линий («Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний.» Под ред. З.И. Моделя. Изд. "Советское радио", М. 1980. С. 86-87, рис. 6.6). Недостатками данного технического решения являются: узкая полоса рабочих частот и большой габаритный размер.
Другая часто используемая конструкция представляет собой квадратурный направленный ответвитель на элементах с сосредоточенными параметрами. Ответвитель представляет собой симметричный восьмиполюсник, состоящий из фильтров верхних частот ("Широкополосные устройства СВЧ на элементах с сосредоточенными параметрами" Карпов В.М., Малышев В.А., Перевощиков И.В. - М.: "Радио и связь", 1984. с. 67-72, рис. 5.5). При широкой полосе рабочих частот данный ответвитель содержит большое количество элементов, а, следовательно, имеет большие габаритные размеры, низкую надежность и повторяемость при серийном производстве, высокую стоимость, сложен в изготовлении и настройке.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к предложенному является микрополосковый направленный ответвитель, который содержит диэлектрическую подложку, одна поверхность которой металлизирована, а на другой две микрополосковые линии соединены на расстоянии четверти длины волны двумя четвертьволновыми шлейфами. (Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика - «Связь», 1971. - 487 с.). Устройство обеспечивает прохождение сигнала с входа основной линии на выход и ответвление части мощности, проходящей по основной линии передачи, на два выхода. Фазовый сдвиг напряжений на выходах такого ответвителя составляет 90°. Недостатками указанного микрополоскового направленного ответвителя являются: большие габаритные размеры, особенно на низких частотах, а также паразитные полосы пропускания на соседних частотах.
Полезная модель направлена на уменьшение габаритных размеров направленных ответвителей.
Техническим результатом, достигаемым при реализации полезной модели, является уменьшение длин сегментов линий передачи в составе направленного ответвителя.
1
2
1
отв
вх
Технический результат достигается за счет того, что направленный ответвитель содержит четыре входные линии передачи с волновым сопротивлением R и четыре попарно одинаковых фильтра нижних частот, подключенных друг к другу (через тройники), с входными сопротивлениями R=R⋅k и , где , Р - мощность, ответвленная в один из входов, Р - мощность, подаваемая на вход направленного ответвителя, и фазой коэффициента передачи 90° на центральной рабочей частоте, где первый вход первого фильтра нижних частот соединен с первым входом устройства и вторым входом четвертого фильтра нижних частот, второй вход первого фильтра нижних частот соединен со вторым входом устройства и первым входом второго фильтра нижних частот, второй вход второго фильтра нижних частот соединен с третьим входом устройства и первым входом третьего фильтра нижних частот, второй вход третьего фильтра нижних частот соединен с четвертым входом устройства и первым входом четвертого фильтра нижних частот, предпочтительным является несимметричное исполнение всех фильтров нижних частот.
Фильтр нижних частот, имеющий в необходимой полосе частот фазочастотную характеристику, совпадающую с фазочастотной характеристикой линии передачи, обладает меньшей длиной по сравнению с ней. Таким образом, использование фильтров нижних частот вместо отрезков линий передачи позволяет уменьшить габаритные размеры устройства.
Сущность изобретения поясняется фигурами, на которых изображено:
- на фиг. 1 - предпочтительный вариант топологии предлагаемого микрополоскового направленного ответвителя с несимметрично выполненными фильтрами нижних частот, реализованного на диэлектрической подложке с относительной диэлектрической проницаемостью равной 4.4 и толщиной 1 мм; вид сверху, где 1, 2, 3, 4 - входы ответвителя;
- на фиг. 2 - графики зависимости модулей S-параметров от частоты, выраженных в децибелах;
- на фиг. 3 - график частотной зависимости разности фаз между связанным и основным выходами ответвителя.
Микрополосковый направленный ответвитель имеет четыре 50-омных входных линии передачи, состоит из четырех фильтров нижних частот в микрополосковом исполнении, подключенных друг к другу через тройники между входами 1 и 2, 1 и 3, 3 и 4, 2 и 4.
Микрополосковый направленный ответвитель работает следующим образом.
Поступающая на вход 1 мощность высокочастотного сигнала (например, с рабочей частотой 2 ГГц) через фильтр нижних частот частично поступает на вход 2, частично ответвляется на вход 4. Подобная реализация, представленная на фиг. 1, предлагаемого ответвителя обеспечивает равное деление мощности. За счет использования фильтров нижних частот, обеспечивающих фазовый набег 90°, вход 3 оказывается электрически развязанным на центральной рабочей частоте. Ввиду симметрии предлагаемого устройства, аналогичное рассуждение справедливо при подаче мощности на другие входы.
отв
вх
1
2
1
Для ответвителя, который делит мощность поровну между двумя выходами: Р=0,5 Вт, Р=1 Вт, тогда , для стандартного волнового сопротивления R=50 Ом входные сопротивления будут равны R=R⋅k=50⋅0,707=35,35 Ом и .
В качестве дополнительного преимущества предлагаемый ответвитель не имеет паразитных полос пропускания на частотах, кратных центральной частоте рабочего диапазона. Применение фильтров нижних частот вместо отрезков линии передачи позволяет осуществить эффективную миниатюризацию конструкции. Благодаря несимметричной реализации фильтров нижних частот (внесению внутрь широких линии) дополнительно уменьшаются габаритные размеры устройства.
Для подтверждения реализуемости выбранного технического решения, был изготовлен опытный образец полезной модели микрополоскового направленного ответвителя со следующими техническими характеристиками:
- коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) входов ответвителя не более 1,15;
- амплитудный разбаланс между основным и связанным каналами ответвителя не превышает 0,7 дБ, в соответствии с данными на фиг. 2;
- разность фаз между основным и связанным каналами отличается от 90° не более чем на 3°, что показано на фиг. 3.
2
Площадь компактного ответвителя составляет 196 мм, что на 68,5% меньше площади, занимаемой стандартной конструкцией ответвителя.