Сумматор двух высокочастотных сигналов

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована, в частности, при измерении электрических параметров радиоприемных и радиопередающих устройств.
Коэффициент стоячей волны (КСВ) входов сумматоров σ является важнейшей характеристикой указанных устройств. При этом для практического использования считается достаточным обеспечить КСВ в диапазоне рабочих частот δ≤1,2 [Проектирование и техническая эксплуатация радиопередающих устройств / М.А. Сиверс, Г.А. Зейтленок, Ю.Б. Несвижский и др.: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1989., Широкополосные радиопередающие устройства (Радиочастотные тракты на полупроводниковых приборах) / Алексеев О.В., Головков А.А., Полевой В.В., Соловьев А.А.; Под ред. О.А. Алексеева. - М.: Связь, 1978.].
Известны двухвходовые мостовые устройства, которые применяются как самостоятельно, так и в составе более сложных сумматоров, выполненных, например, по бинарному принципу [Combining units for a 1 kW wideband HF amplifier. Application Note AN98032. Philips Semiconductors. 1998 Mar 23.]. Разнообразные варианты таких устройств получают преобразованием классического моста Уинстона на основе принципа взаимности, использования дополнительных трансформаторов и фазокомпенсирующих линий, объединения точек, имеющих одинаковый потенциал, совмещением с помощью согласованных линий пар сопротивлений противоположных плеч в одно, а также и других методов [Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний/В.В. Заенцев, В.М. Катушкина, С.Е. Лондон, З.И. Модель; Под ред. З.И. Моделя. - М.: Сов. радио, 1980., Лондон С.Е., Томашевич С. В. Справочник по высокочастотным трансформаторным устройствам. - М.: Радио и связь, 1984.]. Конструктивно сумматоры выполняются из отрезков линий передачи, в качестве которых могут служить, например, отрезки двухпроводной линии, полоскового или коаксиального кабеля, намотанные при необходимости на ферритовые сердечники.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является сумматор двух ВЧ сигналов, представленный в [интернет ресурс http://orc.ho.ua/?p=4334], принятый за прототип.
Схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где обозначено:
R1, R2, R3 - первый, второй и третий резисторы;
Т1 - трансформатор;
Вх. «А», Вх. «В» - первый и второй входы;
Вых. - выход устройства.
Устройство-прототип содержит трансформатор Т1, выполненный двойным проводом (скруткой из двух проводов), в качестве сердечника трансформатора используется ферритовое кольцо. Точка соединения выводов первого R1 и второго R2 резисторов подключена к клемме входа «А». Начало первичной обмотки трансформатора Т1 соединено с точкой соединения второго R2 и третьего R3 резисторов, другой вывод которого соединен с концом первичной обмотки трансформатора Т1 и общей шиной. Начало вторичной обмотки трансформатора Т1 соединено с другим выводом первого резистора R1 и с клеммой выхода сумматора. Конец вторичной обмотки трансформатора Т1 подключен к клемме входа «В». При этом волновое сопротивление скрутки обмотки трансформатора составляет 50 Ом, каждый резистор R1, R2, R3 имеет сопротивление 50 Ом.
Недостатком устройства-прототипа является сильная зависимость КСВ входов «А» и «В» от волнового сопротивления скрутки обмотки трансформатора Т1, как это показано на фиг 2 а, б:
а) волновое сопротивление скрутки 50 Ом;
б) волновое сопротивление скрутки 44,5 Ом.
Как видно из фиг.2 а, 6 изменение волнового сопротивления скрутки всего лишь на 10% от номинального значения (фиг.2 б) приводит к существенному рассогласованию входов «А» и «В» устройства и, как следствие этого, к сокращению диапазона рабочих частот. Указанная зависимость приводит к нарушению повторяемости характеристик устройства в производстве и снижению его технологичности.
Задача предлагаемого технического решения - улучшение технологичности устройства и повторяемости его характеристик в процессе производства, расширение диапазона рабочих частот.
Для решения поставленной задачи в сумматоре двух высокочастотных сигналов, содержащем трансформатор, начало первичной обмотки которого подключено к точке соединения первого и второго резисторов, конец первичной обмотки соединен с другим выводом третьего резистора и общей шиной; начало вторичной обмотки трансформатора соединено с одним выводом первого резистора и клеммой выхода сумматора; конец вторичной обмотки трансформатора подсоединен к клемме входа «В», при этом другие выводы первого и второго резисторов соединены с клеммой входа «А», согласно полезной модели, обмотка трансформатора выполнена коаксиальным кабелем, имеющим волновое сопротивление 50 Ом.
Схема предлагаемого сумматора аналогична схеме устройства-прототипа и приведена на фиг.1 с теми же обозначениями.
Подключение всех элементов предлагаемого сумматора аналогично устройству-прототипу.
Отличие заявляемого устройства от прототипа состоит в том, что обмотка трансформатора Т1 выполняется коаксиальным кабелем, имеющим волновое сопротивление 50 Ом. В этом случае устройство будет иметь КСВ по входам «А» и «В», аналогичные приведенным на фиг.2 а. Развязка между входами предлагаемого устройства не изменяется по сравнению с прототипом. Трансформатор Т1 сумматора может быть выполнен на ферритовом сердечнике различной формы (кольцо, стержень, двухотверстный сердечник и др.) или без сердечника, т.е. расширяется возможность использования трансформатора не только с ферритовым сердечником в форме кольца.
Работает предлагаемое устройство следующим образом.
Сумматор предназначен для работы в 50-омном высокочастотном тракте.
Высокочастотные сигналы генераторов подаются на входы «А» и «В». Суммарный сигнал подается в нагрузку с выхода устройства. За счет использования коаксиального кабеля, с точным значением сопротивления, получается согласованный тракт, который обеспечивает минимальные потери при суммировании сигнала.
Поскольку обмотка трансформатора Т1 выполнена коаксиальным кабелем, имеющим волновое сопротивление 50 Ом, это приводит к улучшению параметров приемопередающей аппаратуры за счет уменьшения потерь при суммирование сигналов, то есть повышается технологичность изготовления устройства и повторяемость его характеристик в процессе производства, а также расширяется диапазон рабочих частот.
Использование коаксиального кабеля в качестве обмоток трансформатора с точным значением сопротивления обеспечивает минимальные потери сигнала. Причем экранированная оплетка коаксиального кабеля защищает внутренний проводник от электромагнитных помех, препятствуя утечке сигнала.