ДЕЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ
POWER DIVIDER

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использовано в качестве схем сложения транзисторных усилителей мощности (УМ), используемых в предварительных и оконечных каскадах. Область применения - дециметровый, метровый и нижняя часть сантиметрового диапазона.
Известен делитель мощности, содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи (ОЛП) к выходным плечам, при этом между выходными плечами включен балластный резистор, а к его средней точке подключен шлейф, короткозамкнутый на конце (а.с. №1798840, СССР, Н01Р 5/12).
Однако в указанном делителе мощности коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) входа равно КСВН нагрузки. В связи с этим, такое устройство не предназначено для работы с рассогласованными нагрузками.
Кроме того, известен делитель мощности (Гурова И.И. Влияние частотных свойств СВЧ-мостов на широкополосность усилительных каскадов со сложением мощности // Известия вузов, 1974, том 17, №10), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые (ОЛП) к выходным плечам, где между ними включен балластный резистор, при этом на одном из выходов подключен четвертьволновый ОЛП.
0
н
Однако указанный делитель мощности обладает свойством квадратурности лишь на центральной частоте диапазона (f), и КСВН входа имеет узкую полосу при любых значениях сопротивления нагрузки (R).
н
Задачей предлагаемого изобретения является расширение полосы КСВН входа делителя мощности при любых значениях R, за счет обеспечения свойства квадратурности в широкой полосе частот.
Поставленная задача достигается тем, что в известном делителе мощности, содержащем входное плечо, подключенное через четвертьволновые ОЛП к выходным плечам, где между ними включен балластный резистор, в одно выходное плечо введен фильтр верхних частот (ФВЧ), а в другое - ОЛП длиной λ/8, являющийся фильтром нижних частот (ФНЧ).
На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 изображено изменение набега фазы от частоты; на фиг.3 изображено отклонение разности фаз выходов от значения 1,57 рад; на фиг.4 - КСВН третьего плеча при рассогласованной нагрузке в 300 м; на фиг.5 - КСВН третьего плеча при рассогласованной нагрузке в 100 Ом.
Предлагаемый делитель мощности (фиг.1) содержит:
Входное плечо (1), подключенное через четвертьволновые ОЛП (2) к выходным плечам (3, 4), где между выходными плечами включен балластный резистор (5). ОЛП длиной λ/8 (6) подключен к выходному плечу 4. Этот отрезок длиной λ/8 (6) выполняется из ОЛП, соответствует электрической длине 45°, выполняет роль ФНЧ. Описан в: Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ. Согласующие цепи и цепи связи. М., Связь, 1972, том I, 222 с. ФВЧ (7) дуален по отношению к ФНЧ, подключается к выходному плечу 3. ФВЧ (7) представляет собой три конденсатора, включенных последовательно, между ними - две катушки индуктивности, закороченные на землю. ФВЧ описан в: Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ. Согласующие цепи и цепи связи. М., Связь, 1972, том I, 222 с. Нагрузка (8, 9) подключается к 6 и 7 соответственно.
Делитель мощности работает следующим образом:
Если в одно из плеч делителя мощности (ДМ) включить ОЛП длиной λ/8 (6), что соответствует набегу фазы - 45°, а в другую структуру ФВЧ (7), имеющую положительное значение набега фазы, то ДМ будет обладать свойством квадратурности (фиг.2). То есть используется дуальная зависимость фазового набега в ФНЧ (6) и ФВЧ (7). Таким образом, разность фаз между двумя выходами будет составлять 90° на средней частоте диапазона, что обеспечивает квадратурность, а разность фаз (∆ϕ)в полосе частот будет меняться по закону:
где f - текущая частота рабочего диапазона;
0
f - центральная частота рабочего диапазона.
н
Изменение набега фазы от частоты для такой комбинации приведено на фиг.2. В связи с этим, свойство квадратурное, то есть обеспечение равенства разности фаз на выходных нагрузках R, будет наблюдаться в более широкой полосе частот.
0
н
входа
входа
Таким образом, для прототипа свойства квадратурное нарушаются при расстройке от центральной частоты - фиг.3, где проиллюстрировано отклонение разности фаз выходов от значения 90º (или 1,57 рад) при частотной расстройке f/f (здесь f - текущее значение частоты), для R=10R, где R - сопротивление со стороны входа. Из фиг.3 видно, что для прототипа квадратурность обеспечивается лишь в относительно узкой полосе частот, по сравнению с предлагаемым ДМ.
0
Если рассмотреть пример с частотой f=1 ГГц при работе на рассогласованную нагрузку в 30 Ом (фиг.4), то для уровня КСВН=1,25:
прототип обладает относительной полосой W=26%;
предлагаемый ДМ обладает относительной полосой W=40%.
При работе на рассогласованную нагрузку в 100 Ом (фиг.5) для уровня КСВН=1,25:
прототип обладает относительной полосой W=35%;
предлагаемый ДМ обладает относительной полосой W=60%.
н
Таким образом, предлагаемое решение обеспечивает расширение полосы КСВН входа делителя мощности при любых значениях R, за счет обеспечения свойства квадратурности в широкой полосе частот.