ДЕЛИТЕЛЬ СВЧ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), в частности, к устройствам деления (сложения) СВЧ сигналов и может быть использована для деления (сложения) СВЧ сигналов в фидерных трактах техники связи, радиолокационных устройств, в телевидении, в измерительной технике.
При разработке устройств СВЧ возникает задача создания устройства деления (сложения) СВЧ сигналов на большой уровень рабочей мощности, с малыми потерями и хорошим согласованием в широком частотном диапазоне, имеющие малые массогабаритные показатели. При этом необходимо, чтобы входы сумматора были развязаны между собой. Развязка входов делителя (сумматора) позволяет осуществлять деление (сложение) сигналов, например, сложение СВЧ сигнала от нескольких генераторов при выходе одного из них или нескольких из строя.
Деление (сложение) СВЧ сигнала можно осуществлять с помощью кольцевого моста (Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств., Жук М.С. и Молочков Ю.Б. М., «Энергия», 1973). Кольцевые мосты могут быть выполнены на линиях различного типа: коаксиальных, симметричных и несимметричных полосковых линиях. Кольцевой мост содержит корпус и установленный внутри него проводник, выполненный в виде замкнутого кольца, выход, два входа, установленные по разные стороны от выхода на расстоянии равном четверти длины волны, и второй выход, расположенный между входами на расстоянии четверти длины волны от одного из входов и трех четвертей от другого, соединенный с согласованной нагрузкой.
При присоединении к двум входам генераторов СВЧ сигналы от них складываются, и выход из строя одного из генераторов не сказывается на работе второго. В этом устройстве могут суммироваться сигналы большой мощности, так как, мощность ограничивается, в основном, мощностью, которая способна выдержать согласованная нагрузка.
Однако, указанное устройство имеет большие габариты. Полная длина средней линии кольца равна 1,5λ (Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств., Жук М.С. и Молочков Ю.Б. М., «Энергия», 1973).
Деление (сложение) СВЧ сигнала можно осуществлять также с помощью делителя (Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях, Малорадский Л.Г., Явич Л.Р. М., «Советское Радио», 1972) состоящего из симметричного тройника, имеющий вход, 2 выхода, расположенные по разные стороны от входа на расстоянии равном четверти длины волны, и активное сопротивление, одним концом подключенное к первому выходу, вторым - ко второму. Делитель мощности обеспечивает развязку между выходными плечами, хорошее согласование, малые потери и значительно меньшие габариты, так как полная длина средней линии равна 0,5λ. Однако, этому устройству присущи следующие недостатки:
- малый уровень рабочей мощности, так как, активное сопротивление должно иметь небольшие размеры, что ограничивает мощность, рассеиваемую сопротивлением. Применение сопротивлений (резисторы типа Р1-17), в которых для увеличения рабочей мощности необходимо применять внешний радиатор, как правило, соединенный с корпусом устройства, приводит к значительному ухудшению параметров из-за наличия паразитных реактивностей сопротивления (индуктивность и емкость выводов, емкость, образованная резистивным слоем и корпусом и т.п.).
Более близким аналогом, выбранным в качестве прототипа в связи с сходством выполняемой технической задачи, является делитель (Делитель СВЧ сигналов, Заявка №2011130081/(044406) положительное решение от 19.09.2011)), содержащий симметричный тройник, имеющий вход, два выхода, расположенные по разные стороны от входа на расстоянии равном четверти длины волны и активное сопротивление, одним концом подключенное к первому выходу, вторым - ко второму, в котором введены два подстроечные элемента, причем первый подключен к одному выводу активного сопротивления, второй к другому выводу активного сопротивления.
Использование подстроечных элементов позволяет применять установленные на радиаторе сопротивления, рассчитанные на большую мощность, что значительно повышает рабочую мощность устройства. При этом сохраняются хорошее согласование, малые потери и небольшие габариты делителя.
Однако, недостатком этого устройства является невысокий уровень рабочей мощности, который может быть обусловлен следующими причинами:
- активное сопротивление имеет небольшие размеры, отвод тепла на радиатор осуществляется с небольшой площади, что препятствует эффективному охлаждению сопротивления, приводит к перегреву сопротивления и, как следствие, ограничению рассеиваемой мощности. Увеличение количества резисторов приводит к увеличению площади, с которой осуществляется отвод тепла, но не позволяет сохранить хорошее согласование и малые потери. Это объясняется наличием паразитных реактивностей сопротивления (прежде всего, емкостью), которые складываются и влияние которых невозможно скомпенсировать использованием подстроечных элементов.
- сопротивление имеет такую величину паразитных реактивностей (прежде всего, емкости), что невозможно получить хорошее согласование и малые потери даже при помощи подстроечных элементов.
Технический результат предлагаемого технического решения - увеличение уровня рабочей мощности при сохранении хорошего согласования и малых потерь.
Указанный технический результат достигается тем, что в делитель СВЧ сигналов, содержащий симметричный тройник, имеющий вход, два выхода, расположенные по разные стороны от входа на расстоянии равном четверти длины волны и по крайней мере одно активное сопротивление, включенное между выходами, введен диэлектрик, установленный между корпусом радиатора и корпусом активного сопротивления.
На фиг.1 показана схема предлагаемого устройства,
На фиг.2 показано схематическое изображение установки сопротивления на корпус радиатора через диэлектрик.
Делитель СВЧ сигналов содержит симметричный тройник, вход 1 и два выхода 2, 3, расположенные по разные стороны от входа 1 на расстоянии равном четверти длины волны и по крайней мере одно активное сопротивление 4, включенное между выходами 2, 3, диэлектрик 5, установленный между корпусом радиатора 6 и корпусом активного сопротивления 4.
Делитель СВЧ сигналов работает следующим образом/
СВЧ сигнал поступивший на вход 1 разделяется поровну между двумя выходами 2, 3, расположенными на расстоянии равном четверти длины волны от входа 1. Сигналы на выходах 2, 3 равны и синфазны, если выходы 2, 3 согласованы. Согласование выходов 2, 3 достигается присоединением к ним согласованных нагрузок (на фиг.1 не показаны). В случае рассогласования одного из выходов, например, второго, сигнал, отраженный от выхода 2, поступает на выход 3 двумя путями: непосредственно через сопротивление 4 и через отрезки линии, равные половине длины волны. Таким образом, на выходе 3 складываются два сигнала в противофазе, тем самым достигается компенсация отраженного сигнала, то есть, достигается развязка между выходами 2 и 3. При этом половина мощности поступает на выход 3, а половина рассеивается на сопротивлении 4.. Так как между сопротивлением 4 и корпусом радиатора 6 установлен диэлектрик 5, то величина суммы двух емкостей (одна емкость - паразитная емкость сопротивления 4, другая - емкость, образованная корпусом сопротивления 4, диэлектриком 5 и корпусом радиатора 6), включенных последовательно будет заведомо меньше собственной паразитной емкости сопротивления 4. Следовательно, влияние суммарной паразитной емкости будет значительно меньше, и это позволит либо устанавливать дополнительные сопротивления и тем самым, во-первых, увеличить площадь, с которой отводится тепло, во-вторых, поместить источники тепла (сопротивления 4) в разные места радиатора, улучшая условия охлаждения, либо использовать сопротивление 4 с большей мощностью рассеяния, у которого, как правило, величина паразитных реактивностей (прежде всего, емкостью) не позволяет получить хорошее согласование и малые потери при установке такого сопротивления 4 непосредственно на корпус радиатора 6. В целях улучшения теплоотвода от сопротивления 4 следует в качестве диэлектрика 5 использовать диэлектрики с высоким коэффициентом теплопроводности, например, поликор, имеющий коэффициент теплопроводности равный 31,5 Вт/(м°C) (Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств, под редакцией В.И.Вольмана, М. «Радио и Связь», 1982 г.).
На дату подачи заявки был создан СВЧ делитель с использованием 4 сопротивлений типа Р1-17-100 и СВЧ делитель с использованием 1 сопротивления типа Р1-17-400.
Проведенные сравнительные испытания показали, оба делителя имеют широкую полосу (30%), хорошее согласование (КСВ менее 1,3).
СВЧ делитель с использованием 1 сопротивления типа Р1-17-400 имеет максимальную рабочую мощность 100 Вт.
СВЧ делитель с использованием 4 сопротивлений типа Р1-17-100 имеет максимальную рабочую мощность 150 Вт.
Таким образом, при использовании диэлектрика (поликоровая пластинка толщиной 0,5 мм), установленного между корпусом радиатора и корпусом активного сопротивления максимальная рабочая мощность увеличивается в 1,5 раза.