двухканальный ступенчатый делитель мощности

Формула изобретения

Двухканальный ступенчатый делитель мощности с одинаковыми каналами, содержащий отрезки однородной линии передачи с разными волновыми сопротивлениями, включенные каскадно в каждом канале, чередующиеся с сопротивлениями развязки, включенными после каждого отрезка между каналами, отличающийся тем, что в него введены конденсаторы, включенные параллельно перед каждым отрезком линии передачи, при этом длина отрезков линий передачи меньше _ср/4, где _ср - средняя длина волны рабочего диапазона частот, а величины емкостей конденсаторов, сопротивления развязки и волновые сопротивления отрезков при фиксированной их длине выбраны из условия обеспечения минимального значения максимального коэффициента стоячей волны КСВ и максимального значения минимума развязки между каналами в рабочей полосе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к устройствам деления мощности в трактах СВЧ на два канала и обеспечения развязки между каналами. В силу обратимости может быть использовано в качестве сумматора мощности.

Среди двухканальных делителей мощности (ДМ) на основе одиночных линий передачи (ЛП) с Т-волнами простейшим является одноступенчатый. Он образован из двух четвертьволновых отрезков однородных ЛП и активного сопротивления (сопротивления развязки) (Cohn S.B. A class of broadband three-port TEM-mode hybrids // IEEE Trans. - 1968. - Vol. MTT-16, No 2, pp.110-116).

Достоинством одноступенчатого ДМ является простота конструкции, недостатком - узкая полоса рабочих частот и большая длина при _ср>50 см, где _ср - средняя длина волны рабочего диапазона частот.

Для расширения рабочей полосы частот используются более сложные многоступенчатые и плавные ДМ (Cohn S.B. A class of broadband three-port TEM-mode hybrids // IEEE Trans. - 1968. - Vol. MTT-16, No 2, pp.110-116; Сухова Т.П., Фельдштейн А.Л. Делители мощности на неоднородных линиях // Радиотехника и электроника. - 1977. - Т.22, №1. - С.38-44; Справочник по элементам полосковой техники./ О.И.Мазепова, В.П.Мещанов, Н.И.Прохорова и др.; под ред. А.Л.Фельдштейна - М.: Связь, 1979. - 336 с.; Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний. / Под ред. З.И.Моделя. - М.: Сов. радио, 1980. - 296 с.).

Улучшение частотных характеристик в таких ДМ приводит к увеличению длины по сравнению с одноступенчатым ДМ и при _ср>50 см может достигать слишком больших значений, это является их недостатком..

Наиболее близким к предлагаемому является ступенчатый ДМ, содержащий отрезки однородных ЛП длиной _ср/4 с разными волновыми сопротивлениями. Отрезки включены каскадно в каждом канале, при этом каналы разделены сопротивлениями развязки, включенными после каждой ступени (если смотреть со стороны входа делителя) (См.: Cohn S.B. A class of broadband three-port TEM-mode hybrids / IEEE Trans. - 1968. - Vol. MTT-16, No 2, pp.110-116; Справочник по элементам полосковой техники. / О.И.Мазепова, В.П.Мещанов, Н.И.Прохорова и др.; под ред. А.Л.Фельдштейна - М.: Связь, 1979. - 336 с.).

Недостатком данного решения является, то, что с улучшением частотных характеристик растет длина ДМ.

Задачей предлагаемого решения является улучшение частотных характеристик ДМ при сохранении или уменьшении длины ступенчатого ДМ.

Поставленная задача решается тем, что в двухканальный ступенчатый делитель мощности с одинаковыми каналами, содержащий отрезки однородной линии передачи с разными волновыми сопротивлениями, включенные каскадно в каждом канале, чередующиеся с сопротивлениями развязки, включенными после каждого отрезка между каналами, согласно предлагаемому решению в него введены конденсаторы, включенные параллельно перед каждым отрезком линии передачи, при этом длина отрезков линий передач меньше _ср/4, а величины емкостей конденсаторов, сопротивления развязки и волновые сопротивления отрезков при фиксированной их длине выбраны из условия обеспечения минимального значения максимального КСВ и максимального значения минимума развязки между каналами в рабочей полосе.

Изобретение поясняется чертежом, на котором приведено схематическое изображение предлагаемого ДМ для варианта, когда он выполнен двухступенчатым, где

1 - первый выход ДМ;

2 - второй выход ДМ;

3 - вход ДМ;

4 - первый отрезок однородной одиночной ЛП;

5 - второй отрезок однородной одиночной ЛП;

6 - третий отрезок однородной одиночной ЛП;

7 - четвертый отрезок однородной одиночной ЛП;

8 - первая сосредоточенная емкость (конденсатор);

9 - второй конденсатор;

10 - третий конденсатор;

11 - четвертый конденсатор;

12 - первое сопротивление развязки;

13 - второе сопротивление развязки.

Делитель мощности состоит из четырех отрезков однородных одиночных линий передачи 4, 5, 6 и 7, имеющих одинаковые длины L< _cp/4, конденсаторов 8, 9, 10, 11 и сопротивлений развязки 12, 13. При этом волновые сопротивления отрезков 1 и 3 равны Z₁, волновые сопротивления отрезков 2 и 4 равны Z₂, емкость конденсаторов 8 и 10 равна C₁, емкость конденсаторов 9 и 11 равна С₂, сопротивления развязки 12 и 13 равны R₁ и R₂ соответственно. Величины емкостей, сопротивления развязки и волновые сопротивления отрезков при фиксированной длине одиночных ЛП рассчитаны из условия обеспечения минимального значения максимального КСВ и максимального значения минимума развязки между каналами в рабочей полосе. Вход 3 и выходы 1, 2 нагружены на активное сопротивление Z₀. Предлагаемый ДМ работает следующим образом: большая часть мощности сигнала, подводимого к входу 3, делится на две равные части между выходами 1, 2. Часть мощности из-за неидеальности согласования и развязки отражается от входа 3 и выходов 1, 2.

В таблицах 1, 2 приведены результаты расчета значений емкостей конденсаторов и волновых сопротивлений отрезков ЛП для двухступенчатого и четырехступенчатого ДМ соответственно.

Таблица 1
		1.5		2		1.5		2		1.5		2		1.5		2
L/ ср		0.1667		0.1667		0.125		0.125		0.0833		0.0833		0.0625		0.0625
КСВ3макс		1.0441		1.1289		1.0490		1.1426		1.0535		1.1551		1.0554		1.1602
KCB1 = КСВ2макс		1.1194		1.2130		1.1619		1.3067		1.1968		1.3922		1.2107		1.4275
С 12мин, дБ		27.6588		22.4295		24.7525		20.4300		22.9736		18.8663		22.3815		18.2803
c 1		0.0450		0.0431		0.0746		0.0720		0.1036		0.1002		0.1161		0.1123
c 2		0.0289		0.0301		0.0435		0.0449		0.0555		0.0571		0.0601		0.0618
z 1		1.3095		1.3347		1.4864		1.5185		1.9039		1.9504		2.3656		2.4268
z 2		1.9322		1.8964		2.3802		2.3265		3.3847		3.2918		4.4301		4.2988
R 1		6.1657		4.3310		6.1555		3.9902		5.7288		3.6562		5.4781		3.5007
R 2		2.4446		2.4622		2.9229		2.8932		3.3919		3.4206		3.6111		3.6945
Таблица 2
	2		3		4		2		3		4		2		3		4
L/ ср	0.125		0.125		0.125		0.0833		0.0833		0.0833		0.0625		0.0625		0.0625
КСВ3макс	1.0129		1.0701		1.1554		1.0151		1.0807		1.1759		1.0161		1.0852		1.1846
KCB1 = КСВ2макс	1.0629		1.1678		1.2693		1.0691		1.2141		1.3579		1.0716		1.2302		1.3939
С12мин, дБ	32.2441		24.1492		21.1716		31.5997		23.0492		19.6045		31.3558		22.6002		19.0474
c1	0.0740		0.0732		0.0716		0.1050		0.1030		0.1000		0.1193		0.1164		0.1127
c2	0.1007		0.0944		0.0897		0.1261		0.1186		0.1131		0.1354		0.1275		0.1217
с3	0.0756		0.0746		0.0758		0.0968		0.0955		0.0946		0.1049		0.1036		0.1027
c4	0.0278		0.0318		0.0355		0.0371		0.04167		0.0458		0.0409		0.0457		0.0500
z1	1.2305		1.2928		1.3553		1.4863		1.5899		1.6888		1.7814		1.92717		2.0631
z2	1.9716		1.9820		1.9932		2.8622		2.8542		2.8533		3.7714		3.7473		3.7362
z3	2.5445		2.4529		2.3833		3.6714		3.5020		3.3775		4.8220		4.57913		4.4027
z4	2.6179		2.5590		2.4873		3.6489		3.5481		3.4308		4.7411		4.5971		4.4333
R1	-		-		11.6944		-		-		11.2044		-		-		10.7264
R2	9.3497		6.8696		6.1365		9.5141		6.3883		6.4545		9.5558		6.63381		6.6477
R3	4.4376		5.2206		7.0676		4.5643		5.6886		9.0518		4.6116		5.9728		10.0225
R4	1.9975		2.4215		1.8365		2.0399		2.3535		1.8358		2.0655		2.3754		1.8408

В таблице 3 приведены сравнительные параметры одноступенчатого варианта выполнения прототипа и предлагаемого двухступенчатого ДМ, который имеет такую же, в полтора и в два раза меньшую длину, чем прототип.

Таблица 3
	Одноступенчатый ДМ (прототип)		Предлагаемый двухступенчатый ДМ
L/ ср	0.25		0.25		0.1667		0.125
	1.5	2	1.5	2	1.5	2	1.5	2
КСВ3макс	1.24	1.42	1.05	1.14	1.05	1.16	1.06	1.16
KCB1= КСВ 2макс	1.02	1.06	1.16	1.31	1.20	1.39	1.21	1.43
С 12мин, дБ	19.12	14.70	24.75	20.43	22.97	18.87	22.38	18.28

В таблице 4 приведены сравнительные параметры двухступенчатого варианта выполнения прототипа и предлагаемого четырехступенчатого ДМ, который имеет такую же, в полтора и в два раза меньшую длину, чем прототип

Таблица 4
	Двухступенчатый ДМ (прототип)		Предлагаемый четырехступенчатый ДМ
L/ ср	0.5		0.5		0.3333		0.25
	2	3	2	3	2	3	2	3
КСВ3макс	1.11	1.27	1.01	1.07	1.02	1.08	1.02	1.09
KCB1 = КСВ 2макс	1.03	1.06	1.06	1.17	1.07	1.21	1.07	1.23
С 12мин, дБ	27.41	19.60	32.24	24.15	31.60	23.05	31.36	23.60

В таблицах использованы следующие обозначения: - отношение граничных частот рабочего диапазона; L/ _ср - нормированная длина ДМ; KCB ₁, КСВ₂, КС_В3 макс - максимальные значения коэффициента стоячей волны на входах 1, 2, 3 соответственно; С₁₂мин - минимальное значение развязки входов 1, 2.

Из таблиц видно, что предлагаемый ДМ в выбранной полосе частот при такой же, в полтора и в два раза меньшей длине имеет меньшие значения КСВ _3макс и большие значения развязки С_12мин . При этом значения KCB_1макс и КСВ _2макс возрастают, но не превышают величины КСВ _3макс прототипа.