Делитель мощности для бортовой аппаратуры космического аппарата
POWER DIVIDER FOR SPACECRAFT ONBOARD HARDWARE

Область техники
Изобретение относится к области радиотехники, в частности для применения в бортовой аппаратуре космических аппаратов, в том числе в бортовой аппаратуре, в которой требуется соединять между собой резервируемые СВЧ приборы.
Уровень техники
Для обеспечения большого срока активного существования бортовой аппаратуры космических аппаратов требуется объединять в резервируемую группу до четырех СВЧ приборов с помощью компактных устройств перекрестного резервирования, с обеспечением развязки между входами (выходами).
Известны делители мощности «n  QUOTE  m», выполненные по бинарной схеме (З.И. Модель «Устройства сложения и распределения мощности высокочастотных колебаний», стр. 100, рис 7.1, стр. 102, рис. 7.6). Делители данного типа синтезируются с использованием базовых элементов, включающих в себя направленные ответвители, фазовращатели, аттенюаторы и т.д. (Д.М. Сазонов «Устройства СВЧ» стр. 147, рис. 4.5). Недостатки таких решений заключаются в избыточном количестве базовых элементов, ограничении ширины рабочей полосы, сложности согласования, в неоптимальных массогабаритных характеристиках.
В качестве ближайшего аналога, предлагаемого изобретения, выбран делитель мощности «2 × 2», в котором для сокращения габаритов предложено совместить компенсирующие отрезки линий с основными в четырех секциях на связанных линиях. (см. З.И. Модель «Устройства сложения и распределения мощности высокочастотных колебаний», стр. 96, рис. 6.22). Из-за недостаточного числа развязанных входов n = 2 и развязанных выходов m = 2 данный делитель мощности, в частности, не может быть использован в схемах резервирования приборов бортовой аппаратуры командно-измерительной системы (БА КИС), для которой на входе и выходе приемо-передающего устройства необходимо иметь устройство распределения мощности с большим числом развязанных входов n = 4 и выходов m = 4 при хороших массогабаритных характеристиках.
Раскрытие изобретения
Предлагаемое изобретение направлено на устранение перечисленных выше недостатков. То есть, решаемая изобретением задача заключается в увеличении в делителе мощности числа развязанных входов до четырех и развязанных выходов до четырех. Тем самым обеспечивается возможность резервирования приборов СВЧ бортовой аппаратуры и, в частности, БА КИС, что в итоге позволит повысить надёжность БА КИС при обеспечении её хороших массогабаритных характеристик. Это особенно важно при соединении антенно-фидерного устройства с приемными устройствами, когда используются несколько антенн с резервированными малошумящими усилителями и троированные приемо-передающие устройства (многополюсные распределители СВЧ мощности, например, «3 × 3», используемые в БА КИС для перекрестного резервирования троированных комплектов приемо-передающих устройств и усилителей мощности, не имеют необходимого количества входов и выходов, то есть не позволяют в должной степени решить задачу резервирования БА КИС, а также не обладают требуемыми габаритами).
Указанный выше технический результат достигается при использовании делителя мощности, содержащего четыре направленных ответвителя на связанных линиях, причём данные смежные направленные ответвители размещены перпендикулярно один к другому, так что проводники связанных линий данных направленных ответвителей расположены на сторонах двух квадратов, первый из которых расположен внутри второго. Таким образом, топология размещения проводников связанных линий направленных ответвителей может быть представлена в виде двух описанных выше квадратов. В отличие от аналога, направленные ответвители на связанных линиях выполнены с переходным затуханием 3 дБ, а проводники связанных линий каждого направленного ответвителя скрещены с расположением концов каждого из проводников на сторонах первого и второго квадратов. Концы проводников, расположенных на смежных сторонах первого квадрата, соединены между собой. Концы проводников, расположенных на противолежащих сторонах второго (внешнего) квадрата, являются входами (выходами) и выходами (входами) делителя, соответственно. То есть, в общем случае, на парах противолежащих сторон внешнего квадрата расположены четыре входа и четыре выхода, по два входа или выхода на каждую сторону второго (внешнего) квадрата. Дополнительно, к, по меньшей мере, одному, упомянутому входу или выходу подключена согласованная нагрузка. В итоге, при использовании соединения проводников отрезков 3 дБ связанных линий с предложенной топологией реализуются свойства делителя мощности с одного входа на четыре выхода при обеспечении развязки с остальными тремя входами.
Краткое описание чертежей
На рисунке 1 представлена структурная схема делителя мощности для бортовой аппаратуры командно-измерительной системы, где «1», «2», «3», «4» – обозначения микрополосковых направленных ответвителей со связью 3 дБ. В обозначениях из трёх цифр, разделенных дефисами: первая цифра – номер микрополоскового отрезка связанных линий; вторая цифра – номер его проводника; третья цифра 1 или 2 номер его входа и выхода, соответственно. То есть микрополосковые отрезки связанных линий 1 и 3 подключены к входам 1, 2, 3, 4, а микрополосковые отрезки связанных линий 2 и 4 – к выходам 1, 2, 3, 4, соответственно. Дополнительно, на рисунках 2, 3, 4, 5 представлены структурные схемы делителей мощности «3 × 4», «4 × 3», «3 × 3» и «2 × 3», «3 × 2», «2 × 4», «4 × 2», представляющие собой модификацию схемы «4 × 4».
Осуществление изобретения
а
б1
б2
б1
б2
а
б1
б2
в1
в2
в3
в4
в1
в2
в3
в4
а
В общем случае делитель «4 × 4» предназначен для разветвления мощности сигнала, поданного на один из входов на четыре выхода. СВЧ сигнал, с уровнем мощности Р, поданный на «Вход 1», поступает на первый конец первого проводника первого отрезка связанных линий (1-1-1). Мощности СВЧ сигналов Р на втором конце первого проводника первого отрезка связанных линий (1-1-2) и Рна втором конце второго проводника первого отрезка связанных линий (1-2-2) будут равны, соответственно, Р=Р=Р/2, что обусловлено коэффициентом связи отрезка связанных линий 1, равным 3 дБ. Сигнал с уровнем мощности Р поступает на второй конец второго проводника второго отрезка связанных линий (2-2-2), а сигнал с уровнем мощности Р поступает на второй конец первого проводника четвертого отрезка связанных линий (4-1-2). Мощности СВЧ сигналов Рна первом конце второго проводника второго отрезка связанных линий (2-1-1), Рна первом конце второго проводника второго отрезка связанных линий (2-2-1), Р на первом конце второго проводника четвертого отрезка связанных линий (4-2-1), а также Р на первом конце первого проводника четвертого отрезка связанных линий (4-1-1) составляют Р = Р = Р = Р = Р/4, соответственно, обусловленные коэффициентом связи связанных линий 2 и 4, равным 3 дБ.
а
а
в1
в2
в3
а
а
Таким образом, на выходах «Выход 1», «Выход 2», «Выход 3», «Выход 4» присутствуют сигналы, ослабленные на 6 дБ по отношению к мощности сигнала Р (без учета потерь в связанных линиях 1, 2, 3, 4). Аналогичным образом при подаче сигнала Р или на «Вход 2», или на «Вход 3», или на «Вход 4» на выходах «Выход 1», «Выход 2», «Выход 3», «Выход 4» будут присутствовать сигналы Р = Р = Р = Р/4, ослабленные на 6 дБ по отношению к мощности сигнала Р. Представленная схема делителя «4 × 4» обеспечивает коэффициент передачи между входами «Вход 1», «Вход 2», «Вход 3», «Вход 4», а также между выходами «Выход 1», «Выход 2», «Выход 3», «Выход 4» не более минус 20 дБ. Таким образом, подтверждена возможность использования данного делителя, работающего по схеме «4 × 4», для распределения мощности с одного входа на четыре выхода при обеспечении развязки с остальными тремя входами, что подтверждает возможность использования предложенного делителя для обеспечения резервирования бортовой СВЧ аппаратуры космического аппарата, в частности приёмо-передающей части БА КИС.
Помимо описанной выше схемы «4 × 4» в предложенном делителе могут быть реализованы и иные схемы подключения, которые смогут быть использованы в зависимости от конкретных задач, решаемых бортовой аппаратурой космического аппарата. Например, при подключении к одному из входов (выходов) делителя мощности согласованной нагрузки реализуется схема «3 × 4», «4 × 3». Если в делителе мощности «3 × 4», «4 × 3» к одному из оставшихся входов (выходов) подключить согласованную нагрузку – получим делитель мощности «3 × 3». Если в делителе мощности «3 × 3» к одному из оставшихся входов (выходов) подключить согласованную нагрузку – получим делитель мощности «2 × 3», «3 × 2». Если в делителе мощности «3 × 4», «4 × 3» к одному из оставшихся входов (выходов) подключить согласованную нагрузку – получим делитель мощности «2 × 4», «4 × 2».
Таким образом, предложен делитель мощности, позволяющий повысить надёжность БА КИС при обеспечении её хороших массогабаритных характеристик. При решении задач, аналогичных описанным выше, помимо БА КИС предложенный делитель мощности может быть использован в ином СВЧ оборудовании.