НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ

Полезная модель относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), в частности, к устройствам отбора мощности, и может быть использовано в фидерных трактах техники связи, радиолокационных устройств, телевидении, в измерительной технике.
При работе различных устройств СВЧ возникает необходимость проверки исправности СВЧ тракта этих устройств. Одним из способов проверки является измерение коэффициента стоячей волны (КСВ) СВЧ тракта в заданном диапазоне частот с помощью направленного ответвителя. Направленный ответвитель - это СВЧ устройство, которое предназначено для ответвления части энергии из основного линии передачи в другую (вторичную), причем так, что направление передачи энергии во второй линии зависит от направления передачи в основной линии. Одним из параметров, характеризующим направленный ответвитель, является переходное ослабление, отношение мощностей, распространяющихся в основной и вторичной линиях. Другим параметром является направленность, которая определяется как отношение мощностей, распространяющихся во вторичной линии в противоположных направлениях. (Бова Н.Т., Резников Г.Б. Антенны и устройства СВЧ «Вища школа» Киев. 1982. с. 60).
Для измерения КСВ, как правило, используются два направленных ответвителя, один из которых измеряет уровень мощности падающей волны, второй - отраженной. Зная соотношение этих мощностей, определяется КСВ. Таким образом, для измерения необходимо знать соотношение мощностей (падающей и отраженной) во всем заданном диапазоне частот для этих двух направленных ответвителей. При изготовлении и регулировке направленных ответвителей в силу различных причин (прежде всего ошибок приборов, используемых при настройке и регулировке, а также технологического разброса комплектующих, различия геометрических размеров деталей направленного ответвителя, вызванного технологическим разбросом при изготовлении и проч.) переходное ослабление имеет некоторый разброс, который увеличивается в диапазоне частот, что отрицательно сказывается на точности измерения КСВ. Следовательно, для повышения точности измерения КСВ необходимо при вычислениях КСВ знать переходное ослабление каждого направленного ответвителя, причем во всем заданном диапазоне частот. Это усложняет использование ответвителей в эксплуатации (измерения КСВ тракта устройства СВЧ в заданном диапазоне частот), т.к. при измерении КСВ на каждой частоте рабочего диапазона необходимо использовать значение переходного ослабления направленных ответвителей на каждой из частот. Кроме того, направленные ответвите ли должны обеспечивать необходимую точность измерения КСВ, для обеспечения которой ответвители должны иметь хорошую направленность. При этом направленные ответвители должны быть простыми для регулировки и настройки, иметь малые массогабаритные показатели и невысокую стоимость.
Часто устройства (детекторы), измеряющие для определения КСВ уровень мощности падающей и отраженной волн, имеют сравнительно небольшой рабочий диапазон входных мощностей, при котором возможно измерение КСВ с хорошей точностью. Следовательно, для измерения КСВ с хорошей точностью необходимо использовать разные направленные ответвители с различными значениями переходного ослабления. Это приводит к усложнению устройств, определяющих КСВ и увеличивает их стоимость.
4
Реализации этих требований является непростой задачей. Так, в отдаленном аналоге заявляемой полезной модели направленном ответвителе (авт. св. СССР №231641 24а, 74, МПК Н01Р, 1968), состоящем из первичного и связанного с ним вторичного трактов, причем средний проводник первичной линии размещен между торцевыми крышками полого металлического цилиндра, жестко связанными друг с другом с помощью металлического стержня, центральный проводник вторичной линии расположен внутри цилиндра параллельно центральному проводнику основной линии, а цилиндр выполнен подвижно относительно оси, проходящей через середину торцевых крышек.
Этому устройству присущи следующие недостатки:
- низкая направленность, обусловленная наличием неоднородностей в районе переходов (петля связи - выход вторичной линии и петля связи -нагрузка), вызывающих возбуждение паразитных типов колебаний (Д.Л. Матей, Л. Янг, Е.М.Т. Джонс Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи, т. 2, пер. с английского, изд. «Связь» М.1972.);
-сложность использования ответвителей в эксплуатации (измерения КСВ тракта устройства СВЧ в заданном диапазоне частот), т.к. при измерении КСВ на каждой частоте рабочего диапазона необходимо использование значение переходного ослабления направленных ответвителей на каждой из частот;
- сложное конструктивное исполнение и, как следствие, высокая стоимость.
Более близким аналогом, выбранным в качестве прототипа в связи со сходством выполняемой технической задачи, является направленный ответвитель (пат. на полезную модель №112510, МПК Н01Р5/18, 2011), состоящий из наружного проводника, внутреннего проводника первичной и внутреннего проводника связанной с первичной вторичной линии, причем во внутренней части наружного проводника выполнена выемка, внутри которой расположен проводник вторичной линии, а торцевые стенки выемки совместно с выходами вторичной линии и нагрузки образуют отрезок коаксиальной линии со щелью.
Данное устройство имеет высокую направленность, простое конструктивное исполнение и как следствие, сравнительно невысокую стоимость.
Однако, и это устройство сложно использовать для измерения КСВ тракта устройства СВЧ в заданном диапазоне частот.
Технический результат предлагаемого технического решения - упрощение использования ответвителей (измерения КСВ тракта устройства СВЧ в заданном диапазоне частот) при повышении технологичности изготовления направленного ответвителя и снижении стоимости
Другой технический результат - регулировка величины ослабления ответвляемых СВЧ сигналов Указанный технический результат достигается тем, что в направленном ответвителе, состоящем из первичной линии, вторичной линии, двух аттенюаторов, имеющие вход и выход, причем вход одного аттенюатора соединен с одним концом вторичной линии, вход другого аттенюатора соединен со вторым концом вторичной линии, а выходы аттенюаторов являются выходами вторичного тракта направленного ответвителя, присоединяемые к устройствам, измеряющим для определения КСВ уровень мощности падающей и отраженной волн.
Другой технический результат достигается тем, что в направленном ответвителе аттенюаторы имеют разные величины ослабления СВЧ сигналов.
На фиг. 1 показана схема предлагаемого СВЧ переключателя.
Направленный ответвитель (см. фиг. 1) состоит из первичной линии 1, вторичной линии 2, двух аттенюаторов 3, 4, аттенюатор 3 имеет вход 5 и выход 6, аттенюатор 4 имеет вход 7 и выход 8, вход 5 аттенюатора 3 соединен с концом вторичной линии 9, вход 7 аттенюатора 4 соединен с концом вторичной линии 10, выходы 6, 8 аттенюаторов 3, 4 являются выходами направленного ответвителя (вторичного тракта), присоединяемые к устройствам, измеряющим для определения КСВ уровень мощности падающей и отраженной волн (на фиг. 1 не показаны).
Направленный ответвитель работает следующим образом.
Бегущая волна, распространяющаяся в первичной линии 1, возбуждает во вторичной линии 2 бегущую волну (Сазонов Д.М. Гридин А.Н. Мишустин Б.А. Устройства СВЧ «Высшая школа» МЛ 981 стр. 74). Пусть при этом часть прямой волны поступает на конец 9 вторичной линии 2, а отраженной - на конец 10 вторичной линии 2. Далее, так как вход каждого из аттенюаторов присоединен к соответствующему концу вторичной линии (вход 5 аттенюатора 3 соединен с концом вторичной линии 9, вход 7 аттенюатора 4 соединен с концом вторичной линии 10), СВЧ сигнал проходит аттенюатор 3, 4 и поступает на выходы 6,8 аттенюаторов 3,4 которые являются выходами направленного ответвителя, присоединяемые к устройствам, измеряющим уровень мощности падающей и отраженной волн. Для обеспечения хорошей направленности (для обеспечения точного измерения КСВ) необходимо обеспечить хорошее согласование вторичной линии 2. Обычно, для обеспечения хорошей направленности конец вторичной линии, который не является выходом, присоединен к согласованной нагрузке, например, конец 9 вторичной линии 2 присоединен к устройству, измеряющему уровень мощности, тогда конец 10 вторичной линии 2 должен быть присоединен к согласованной нагрузке. В заявляемом направленном ответвителе для достижения технического результата к измерительным устройствам присоединяются оба выхода (оба конца вторичной линии), следовательно, использование согласованных нагрузок невозможно. Для согласования вторичной линии 2 (обоих концов вторичной линии) и используются аттенюаторы 3, 4. Отраженный от измерительного устройства СВЧ сигнал, проходя через аттенюатор ослабляется, улучшая согласование вторичной линии. Таким образом, обеспечивается хорошая направленность (обеспечивается точное измерение КСВ).
Так как в данном направленном ответвителе для измерения уровня мощности падающей и отраженной волн используется одна вторичная линия 2, значения переходного ослабления одинаковы для разных ее концов. Следовательно, при вычислениях КСВ нет необходимости знать переходное ослабление каждого направленного ответвителя на каждой из частот заданного диапазона. Это значительно упрощает использование ответвителей (измерения КСВ тракта устройства СВЧ в заданном диапазоне частот). Использование одного направленного ответвителя вместо двух приводит к снижению стоимости. Кроме того, повышается технологичность изготовления направленного ответвителя, за счет отказа от использования согласованных нагрузок, содержащих большое количество составных частей, требующих трудоемких токарных и фрезерных работ, и это вызывает дополнительное снижение стоимости.
Устройства для определения КСВ, измеряющие уровень мощности падающей и отраженной волн, зачастую имеют ограничения (и сверху, и снизу) по входной мощности, т.е. уровень мощности падающей и отраженной волн не должен значительно отличаться друг от друга. При использовании двух направленных ответвителей, каждый из которых ответвляет часть мощности только падающей (только отраженной) волны, индивидуальной регулировкой для каждого ответвителя устанавливают свое значение переходного затухания.
В заявленном направленном ответвителе для измерения уровня мощности падающей и отраженной волн используется одна вторичная линия и значение переходного ослабления одно. Так как уровень мощности падающей и отраженной волн, поступающей на входы 5, 7 аттенюаторов 3, 4, существенно разный, то для выравнивания уровней падающей и отраженной мощности необходимо использование аттенюаторов 3, 4 с разными значениями ослабления проходящего СВЧ сигнала. Следовательно, используя аттенюаторы (в том числе и электрически управляемых) с разными значениями ослабления проходящего СВЧ сигнала, можно добиться регулировки величины ослабления ответвляемых СВЧ сигналов. Использование электрически управляемых аттенюаторов позволит оперативно (без изменения связи между первичной и вторичной линиями, без замены аттенюаторов) менять величину ослабления проходящего СВЧ сигнала под конкретную задачу.
Применение предложенного технического решения позволит упростить использование ответвителей при измерении КСВ тракта устройства СВЧ в заданном диапазоне частот, повысить технологичность изготовления направленного ответвителя и снизить стоимость изготовления и эксплуатации.
На дату подачи заявки изготовлен работающий макет направленного ответвителя.