ПОЛОСКОВЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ/СУММАТОР МОЩНОСТИ (ВАРИАНТЫ)

Устройство деления и суммирования мощности (варианты)
Устройство деления и суммирования мощности относится к электронной технике сверхвысоких частот (СВЧ) и может использоваться в радиотехнических устройствах СВЧ для распределения мощности подводимых сигналов между линиями передачи, а также для деления и суммирования мощностей усилительных модулей в передающих устройствах.
Известны многокаскадные устройства суммирования и деления мощности СВЧ усилительных модулей (патенты RU 2382481, RU 132650), в которых использована схема деления и суммирования мощности подводимых сигналов, основанная на разветвлении общей линии передачи на N линий (каналов). Данные многокаскадные устройства суммирования и деления мощности СВЧ усилительных модулей состоят из N-канальных сумматоров и делителей, между которыми включены N СВЧ усилительных модулей с минимальным разбросом фаз и амплитуд выходного сигнала. Сумматоры и делители реализованы в виде последовательно установленных волноводно-полосковых направленных ответвителей (патент RU 2382481) или кольцевых делителей мощности, выполненных на четвертьволновых отрезках линии передачи (патент RU 132650) и имеют синфазные входы (выходы).
Недостатками данных устройств является использование соединительных кабелей между сумматорами, делителями и усилительными модулями, что приводит к увеличению потерь мощности сигналов на суммирование (диссипативные потери в кабелях) и усложнению конструкции.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип для реализации устройства деления и суммирования мощности, является бинарный N-канальный делитель мощности, с каскадным соединением N-1 одинаковых кольцевых делителей мощности, каждый из которых делит мощность пополам [Справочник по элементам полосковой техники под редакцией А.Л. Фельдштейна. М: Связь, 1979 г., с. 182]. Данное устройство является взаимным, т.е. может использоваться как для деления, так и для суммирования мощностей, поступающих из N-каналов на общую нагрузку.
Предлагаемой полезной моделью решается задача разработки диапазонного четырехканального и двухканального устройства деления и суммирования мощности, работающего на частотах сантиметрового (дециметрового) диапазона длин волн, обеспечивающего минимальные потери при делении и суммировании мощности. Поставленная техническая задача достигается тем, что устройство деления и суммирования мощности представляет собой бинарный N-канальный делитель и сумматор мощности с каскадным соединением N-1 одинаковых кольцевых делителей мощности, реализованных в виде полосковой линии с воздушным заполнением и размещенных в едином металлическом корпусе. На поверхности устройства установлены коаксиально-полосковые переходы врубного типа с внутренней контактной концентрической пружиной для подключения усилительных модулей без применения соединительных кабелей.
Причинно-следственные связи признаков полезной модели с техническим результатом выражаются в следующем.
Геометрическая форма полосковых линий устройства деления и суммирования мощности обеспечивает необходимую развязку и величину согласования устройства между выходами на частотах сантиметрового (дециметрового) диапазона, а так же минимальное значение КСВН, высокую синфазность и идентичность каналов, что в совокупности определяет минимальные потери при делении и суммировании мощности непосредственно в самом устройстве.
Для уменьшения диссипативных потерь в линиях передачи между устройством деления и суммирования мощности и усилительными модулями, подключение усилительных модулей к устройству производится с использованием коаксиально-полосковых переходов врубного типа без соединительных кабелей.
Применением коаксиально-полосковых переходов врубного типа с внутренней контактной концентрической пружиной, гарантируется электрический контакт группы разъемов устройства деления и суммирования мощности с входами и выходами усилительных модулей при их недостыковке или нарушении соосности, стыковке сочленяемых переходов под углом.
Контактная концентрическая пружина удерживает ответную часть сочленяемых переходов усилительных модулей, предоставляя необходимую степень свободы для их перемещения в поперечной плоскости в пределах ±0,5 мм и при нарушении перпендикулярности в пределах ±5 град в любом направлении, что позволило снизить конструктивные требования к соосности и взаимному расположению групп коаксиально-полосковых переходов. Контактная концентрическая пружина обеспечивает надежный электрический контакт сопрягаемых разъемов при их недостыковке на величину до 1,5 мм.
Предлагаемое устройство деления и суммирования мощности реализовано четырехканальным для работы в VII диапазоне системы «Пароль» и в международном диапазоне системы RBS и двухканальным для работы в международном диапазоне системы RBS.
Предлагаемый вариант устройства деления и суммирования мощности иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-5.
На фиг. 1 - общий вид четырехканального устройства деления и суммирования мощности в сборе.
На фиг. 2 - вид сбоку четырехканального устройства деления и суммирования мощности.
На фиг. 3 - сборочный чертеж четырехканального устройства деления и суммирования мощности.
На фиг. 4 - разрез коаксиально-полоскового перехода врубного типа.
На фиг. 5 - сборочный чертеж двухканального устройства деления и суммирования мощности.
Устройство деления и суммирования мощности (фиг. 1, 2), предназначенное для распределения СВЧ мощности источника между четырьмя усилительными модулями и последующего ее сложения после усиления, представляет собой четырехканальный бинарный делитель и сумматор, собранные в едином металлическом корпусе 1 с крышкой 2.
На поверхности корпуса 1 расположены девять коаксиально-полосковых переходов врубного типа с внутренней контактной концентрической пружиной 3 и три коаксиально-полосковых перехода 4 закреплены на торцевых поверхностях корпуса 1. Дополнительно на поверхности корпуса 1 устанавливаются планки с отверстиями 5, предназначенные для штырей-ловителей усилительных модулей. Расположение групп коаксиально-полосковых переходов 3 и планок с отверстиями 5 определяется конструкцией и расположением усилительных модулей в составе передающего устройства.
Внутренняя полость корпуса 1 (фиг. 3) разделена на две части: верхнюю и нижнюю, в верхней части корпуса расположен делитель, в нижней - сумматор. Длина верхней части корпуса 1 несколько меньше нижней, а основание корпуса в верхней его части выступает за габариты делителя, что определяется конструктивными требованиями к расположению планок с отверстиями 5.
Четырехканальный делитель мощности реализован как каскадное соединение трех полосковых кольцевых делителей мощности на четвертьволновых отрезках линии передачи в виде полосковой линии 6 с воздушным изолятором и с балластными резисторами 7 типа Р1-17-100 Ом.
Балластные резисторы 7, обеспечивают необходимую развязку между выходами делителя и включены между выходными линиями на расстоянии четверти длины волны от точки разветвления.
Линия крепится к корпусу фторопластовыми опорами 8 и фторопластовыми пластинами 9, благодаря чему между корпусом и линией передачи образуется нормированный зазор, формирующий симметричную полосковую линию связи с воздушным изолятором.
Конструктивное построение четырехканального сумматора аналогично делителю. Балластные резисторы в сумматоре отсутствуют. На выходе сумматора установлен фильтр нижних частот (ФНЧ) 10, который обеспечивает фильтрацию сигнала от второй и третьей гармоник, после ФНЧ встроен направленный ответвитель 11 для контроля уровня выходной мощности и КСВН передающего тракта.
Коаксиально-полосковый переход врубного типа с внутренней контактной концентрической пружиной (фиг. 4) представляет собой приборную розетку врубного типа и содержит: корпус 12, центральную жилу (гнездо) 13, контактную концентрическую пружину 14, диэлектрические втулки 15. Контактная концентрическая пружина 14 имеет электрический контакт с корпусом 12 и образует с ним единый наружный проводник.
Собранный коаксиально-полосковый переход (фиг. 4) крепится к корпусу 1 устройства деления и суммирования мощности, а центральная жила 13 присоединяется к полосковой линии передачи 6 методом пайки.
Устройство деления и суммирования мощности работает следующим образом.
СВЧ-сигнал через коаксиально-полосковый переход 3 (фиг. 1: разъем Х2) поступает на вход делителя мощности и делится на два канала с равной амплитудой и фазой, которые также делятся равноамплитудно и синфазно на два следующих канала. В результате разделений сигнал поступает на выходы делителя - коаксиально полосковые переходы 3 (фиг. 1: разъемы Х9-Х12).
При суммировании СВЧ-сигналы с выходов усилительных модулей поступают на входные коаксиально-полосковые переходы 3 сумматора мощности (фиг. 1: разъемы Х5-Х8), после чего происходит их попарное суммирование. Далее, сигнал через ФНЧ и направленный ответвитель поступает на выход сумматора (фиг. 1: разъем Х1). Величина зазора между полосковой линией и направленным ответвителем определяется требуемой величиной мощности контрольного СВЧ-сигнала и может регулироваться в ходе изготовления и регулировки устройства деления и суммирования мощности.Двухканальное устройство деления и суммирования мощности (фиг. 5) реализовано аналогично четырехканальному.
1
Технический результат подтверждается изготовлением четырехканальных и двухканальных устройств деления и суммирования мощности с коаксиально-полосковыми переходами врубного типа с внутренней контактной концентрической пружиной. Проведены испытания устройства деления и суммирования мощности в составе передающего устройства высокого уровня мощности (ВУМ) радиолокационной станции, организовано серийное производство, документация имеет литеру «О».
Применение данного устройства деления и суммирования мощности с коаксиально-полосковыми переходами врубного типа с внутренней контактной концентрической пружиной в передающем устройстве ВУМ радиолокационной станции позволило снизить потери мощности при делении и суммировании СВЧ сигналов.