СИНФАЗНО-ПРОТИВОФАЗНЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ МОСТ

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.
Известен также микрополосковый кольцевой мост, который содержит диэлектрическую подложку, одна поверхность которой металлизирована, а на другой микрополосковая линия свернута в кольцо длиной 1,5, расстояние между соседними входами которого составляет /4, а между крайними – 3/4, где –длина волны в линии (Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика – «Связь», 1971.-452с.). Устройство обеспечивает прохождение сигнала с входа на два выхода. Фазовый сдвиг напряжений на выходах такого моста составляет 0° когда расстояние между входом и выходами равно четверти длины волны в линии, и 180°, когда один из выходов расположен на расстоянии ¾ длины волны в линии. Недостатками указанного микрополоскового моста являются: большие габаритные размеры, особенно на низких частотах, а также паразитные полосы пропускания на соседних частотах.
Полезная модель направлена на уменьшение габаритных размеров синфазно-противофазного кольцевого моста.
Техническим результатом, достигаемым при реализации полезной модели, является уменьшение длин сегментов линий передачи в составе синфазно-противофазного кольцевого моста.
R
1
Технический результат достигается за счет того, что синфазно-противофазный кольцевой мост содержит четыре входные линии передачи с волновым сопротивлением , четыре искусственные линии передачи, подключенные друг к другу через тройники, с входными сопротивлениями , и фазой коэффициента передачи 90° у первой, второй, четвертой искусственной линии передачи и 270° у третьей искусственной линии передачи на центральной рабочей частоте, где первый вход первой искусственной линии передачи соединен с входом А1 устройства и первым входом второй искусственной линии передачи, второй вход первой искусственной линии передачи соединен с входом А2 устройства и первым входом третьей искусственной линии передачи, второй вход третьей искусственной линии передачи соединен с входом А4 устройства и первым входом четвертой искусственной линии передачи, второй вход четвертой искусственной линии передачи соединен с входом А3 устройства и вторым входом второй искусственной линии передачи.
Искусственные линии передачи с положительной дисперсией (выполняющие роль фильтра нижних частот), имеющие в необходимой полосе частот фазочастотную характеристику, совпадающую с фазочастотной характеристикой линии передачи с электрической длиной 90 градусов, обладает меньшей длиной по сравнению с ней. Искусственные линии передачи с отрицательной дисперсией (выполняющие роль фильтра верхних частот), имеющие в необходимой полосе частот фазочастотную характеристику, совпадающую с фазочастотной характеристикой линии передачи с электрической длиной 270 градусов, обладает меньшей длиной по сравнению с ней. Таким образом, использование искусственных линий передачи (ИЛП) вместо отрезков линий передачи позволяет уменьшить габаритные размеры устройства.
Сущность полезной модели поясняется фигурами, на которых изображено:
- на фиг. 1 -  предпочтительный вариант топологии предлагаемого синфазно-противофазного кольцевого моста, реализованного на диэлектрической подложке с относительной диэлектрической проницаемостью равной 4.4 и толщиной 1 мм; вид сверху, где А1, А2, А3, А4 - входы моста, 1, 2, 4 – искусственные линии передачи с электрической длиной 90 градусов; 3 – искусственная линия передачи с электрической длиной 270 градусов.
- на фиг. 2 -  графики зависимости модулей S-параметров от частоты, выраженных в децибелах;
- на фиг. 3 -  график частотной зависимости разностей фаз между противофазными и синфазными выходами моста.
Синфазно-противофазный кольцевой мост имеет четыре 50-омных входных линии передачи, состоит из трех ИЛП с электрической длиной 90 градусов и одной ИЛП с электрической длиной 270 градусов в микрополосковом исполнении, подключенных друг к другу через тройники между входами А1 и А2, А1 и А3, А3 и А4, А2 и А4.
Синфазно-противофазный кольцевой мост работает следующим образом.
Поступающая на вход А1 мощность высокочастотного сигнала (например, с рабочей частотой 1 ГГц) делится на две части, одна бегает по часовой стрелке, а другая – против часовой стрелки. В зависимости от выбранного входа поступающая мощность будет делиться между двумя выходами, так при возбуждении входа А1 во входах А2 и А3 появляются синфазные волны, а при возбуждении входа А4 в тех же входах А2 и А3 появляются противофазные волны, так как расстояния от входа А4 до входов А2 и А3 отличаются на /2. За счет применения ИЛП, мост имеет дополнительное преимущество, так предлагаемый мост не имеет паразитных полос пропускания на частотах, кратных центральной частоте рабочего диапазона. Применение ИЛП с разной электрической длиной вместо отрезков линии передачи позволяет осуществить эффективную миниатюризацию конструкции.
Искусственная линия передачи с электрической длиной 270 градусов реализована на трехслойной подложке, которая позволяет легко реализовать последовательные конденсаторы.
Для стандартного кольцевого моста входные линии имеют волновые сопротивления  Ом, входные сопротивления ИЛП будут равны  Ом.
Для подтверждения реализуемости выбранного технического решения, был изготовлен опытный образец полезной модели микрополоскового синфазно-противофазного кольцевого моста со следующими техническими характеристиками:
- амплитудный разбаланс между выходными каналами моста не превышает 1,2 дБ, в соответствии с данными на фиг. 2;
+
- разность фаз между выходами отличается от 0° и 180° не более чем на 12°, что показано на фиг. 3.
2
Площадь микрополоскового синфазно-противофазного кольцевого моста составляет 285,61 мм, что на 92,8% меньше площади, занимаемой стандартной конструкцией моста.