НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ С ПОВЫШЕННОЙ НАПРАВЛЕННОСТЬЮ

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к устройствам ввода сигналов в СВЧ тракт приемных устройств с целью контроля их работоспособности и обеспечивающая максимальное затухание контрольного сигнала просачивающегося в антенну, и может быть использована в качестве сумматора-делителя мощности СВЧ сигналов.
Известны устройства в виде связанных полосковых линий с электромагнитной связью, в которых для повышения направленности (увеличения затухания сигнала в одном из портов при подаче сигнала во вспомогательную линию и сохранения значения переходного ослабления в другом порту) включены сосредоточенные емкостные элементы (патент США №4216446 H01p 5/18 от 05.08.1980 г., либо в области связи полосковые линии имеют зубчатую форму (патент США №4178568 H01p 5/18 публ. 1979 г.)
Известно устройство (2002 IEEE MTT-S Digest. A High-Directivity Microstrip Directional Coupler With Feedback Compensation. Jia-Liang Chen), содержащее направленный ответвитель, в котором к обоим портам основной и обоим портам связанной с ней второй полосковой линии подключены индуктивные элементы.
Недостатком перечисленных устройств является недостаточно высокая направленность на частоте сигнала в рабочем диапазоне частот. Этот недостаток обусловлен отсутствием элементов фазирования сигналов, в результате чего затухание сигнала просачивающегося во входной порт направленного ответвителя оказывается невысоким.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является устройство с нагрузочным резистором «Справочник по элементам полосковой техники. Ред. А.Л. Фельдштейна. - М.: Связь, 1979, стр. 158.) Устройство содержит направленный ответвитель, основная полосковая линия которого включена в тракт контролируемого устройства, а в цепь связанной с первой линией второй полосковой линией включен нагрузочный резистор. Элементы данного устройства входят и в состав заявляемой полезной модели.
Недостатком прототипа, присущим и описанным выше аналогам, является недостаточно высокое значение затухания.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является увеличение направленности (затухания в основной линии при подаче сигнала во вспомогательную линию) при сохранении заданного значения переходного ослабления и одновременном уменьшении габаритных размеров конструкции.
Решение указанной задачи достигается тем, в известный направленный ответвитель, содержащий первую и связанную с ней электромагнитной связью вторую полосковую линию, а также нагрузочный резистор, введены первый и второй фазирующий отрезки, подключенные к обоим портам второй полосковой линии и резистивная цепь, через которую фазирующие отрезки соединены между собой, к точке соединения резистивной цепи и второго фазирующего отрезка подключен трансформирующий отрезок полосковой линии, нагрузочный резистор включен между точкой соединения первого фазирующего отрезка с резистивной цепью и контактной площадкой, заземленной через металлизированное отверстие, при этом длина области связи полосковых линий составляет 1/10 длины волны (λ), соответствующей частоте контрольного сигнала, а длины первого фазирующего отрезка и второго фазирующего отрезка составляют соответственно 1/10λ и 1/12λ. При указанных параметрах конструкции направленного ответвителя и значениях переходного ослабления 15-20 дБ, обеспечиваются значения направленности 30-35 дБ в 10% полосе частот контрольного сигнала.
В отличие от прототипа, в котором длина области связи составляет λ/4, в предлагаемом устройстве длина области связи составляет λ/10, что приводит к уменьшению габаритов предлагаемого устройства.
Сущность полезной модели поясняется рисунками на Фиг. 1 и Фиг. 2.
На Фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого направленного ответвителя с повышенной направленностью, на котором изображено:
1 - первая связанная полосковая линия с портами P1 и P2;
2 - вторая связанная полосковая линия;
3 - первый фазирующий отрезок;
4 - второй фазирующий отрезок;
5 - нагрузочный резистор;
6 - элемент Г-образной резистивной цепи;
7 - трансформирующий отрезок полосковой линии с портом P3;
8 - контактная площадка, заземленная через металлизированное отверстие.
Первая и вторая полосковые линии связаны между собой электромагнитной связью. Первый фазирующий отрезок 3 подключен к одному порту второй связанной полосковой линии 2; второй фазирующий отрезок 4, подключен к другому порту второй связанной полосковой линии 2; нагрузочный резистор 5 подключен одним концом к фазирующему отрезку 3, а другим - к контактной площадке 8, заземленной через металлизированное отверстие; элемент 6 Г-образной резистивной цепи, подключен к концам первого 3 и второго 4 фазирующего отрезков; трансформирующий отрезок полосковой линии 7 с портом P3 подключен в точку соединения элемента 6 Г-образной резистивной цепи и второго фазирующего отрезка 3.
Трансформирующий отрезок 7 полосковой линии с портом P3 выполняет две функции:
- обеспечивает согласование внешней цепи, подключаемой к порту 3 с направленным ответвителем повышенной направленности;
- позволяет более точно реализовать точку подключения внешней цепи к фазирующим отрезкам направленного ответвителя повышенной направленности.
Работа предлагаемого устройства заключается в следующем. СВЧ сигнал поступает в порт 3 и проходит по двум путям:
- через трансформирующий отрезок 7 полосковой линии с портом P3, нагрузочный резистор 5 и элемент 6 Г-образной резистивной цепи, первый фазирующий отрезок 3 и, посредством электромагнитной связи, ответвляется в порт P1 и порт P2;
- через трансформирующий отрезок 7 полосковой линии с портом P3, через второй фазирующий отрезок 4, и, посредством электромагнитной связи, ответвляется в порт P1 и порт P2.
Длины фазирующих отрезков оптимизированы таким образом, чтобы сигналы прошедшие по двум путям к порту P2 суммировались в фазе, а сигналы прошедшие по двум путям к порту P1 суммировались в противофазе. Для значения частоты генератора контрольного сигнала 5,8 ГГц длина фазирующего отрезка 1 составляет λ/10, а длина фазирующего отрезка 2 составляет λ/12. Г-образная резистивная цепь обеспечивает амплитудный баланс сигналов, прошедших к порту Р1 и режим согласования во второй связанной полосковой линии 2.
Амплитудно-частотные характеристики направленности прототипа и предлагаемого устройства приведены на рисунке Фиг. 2, из которого видно, что в предлагаемом устройстве на частоте сигнала контрольного генератора 5,8 ГГц в предлагаемом устройстве обеспечивается большее значение направленности, чем в прототипе.
Таким образом, достигаемым техническим результатом в заявляемом устройстве является увеличение затухания сигнала, поступающего в порт P1, и уменьшение габаритных размеров устройства.
Заявляемое устройство достаточно легко реализуемо.
Связанные полосковые линии, фазирующие отрезки, трансформирующий отрезок и контактная площадка, заземленная через металлизированное отверстие, реализуются по печатной технологии в едином технологическом процессе. Элементы Г-образной резистивной цепи - покупные SMD-резисторы. Возможна и реализация напыленных резисторов в едином технологическом процессе изготовления направленного ответвителя.