CS255015B1

CS255015B1 - Multi-phase power splitter of linearly polarized wave with coaxial outputs

Info

Publication number: CS255015B1
Application number: CS864472A
Authority: CS
Inventors: Josef Pucochar
Original assignee: Josef Pucochar
Priority date: 1986-06-17
Filing date: 1986-06-17
Publication date: 1988-02-15
Also published as: CS447286A1

Abstract

Mnohofázový dělič výkonu lineárně polarizované vlny 0 koaxiálními výstupy patří do oboru vysokofrekvenční elektrotechniky, speciálně do techniky velmi vysokých kmitočtů, účelem je rozdělit stejnoměrně energii přiváděnou kruhovým vlnovodem lineárně polarizovanou vlnou ΤΕχχ do několika koaxiálních výstupů. Tohoto účelu se dosáhne děličem s kopinatým trnem při využití čtvrtvlnné dutiny. Dělič sestává z vývodů koaxiálních výstupů (4) a z kruhového vlnovodu (1), v,němž je koaxiálně umístěn přizpůsobovací trn (6), sestávající z rotačně symetrické základny (2) a z kopinaté části (3). Vývody koaxiálních výstupů (4) navazují naplást kruhového vlnovodu (1) a na rotačně symetrickou základnu (2) a současně na vstup rezonátoru (5). Kopinatý přizpůsobovací trn přetváří lineárně polarizovanou vlnu na vlnu kruhově polarizovanou a sou časně Ji přizpůsobuje k výstupům. Izolač ní rezonanční dutina umožňuje připojení koaxiálních výstupů. Vyvedené výkony po zesílení ve stejných malovýkonovýoh zesilovačích spojí se v opačně zapojeném děliči. Dělič má uplatnění v radiorelé ových spojích a při družicovém vysílání.The multiphase power divider of a linearly polarized wave with coaxial outputs belongs to the field of high-frequency electrical engineering, especially to the technology of very high frequencies, the purpose is to divide evenly the energy supplied by a circular waveguide with a linearly polarized wave ΤΕχχ into several coaxial outputs. This purpose is achieved by a divider with a spear-shaped mandrel using a quarter-wave cavity. The divider consists of coaxial output terminals (4) and a circular waveguide (1), in which a matching mandrel (6) is coaxially placed, consisting of a rotationally symmetrical base (2) and a spear-shaped part (3). The coaxial output terminals (4) are connected to the surface of the circular waveguide (1) and to the rotationally symmetrical base (2) and simultaneously to the input of the resonator (5). The spear-shaped matching mandrel transforms the linearly polarized wave into a circularly polarized wave and simultaneously matches it to the outputs. The isolating resonant cavity allows the connection of coaxial outputs. The outputs, after amplification in the same low-power amplifiers, are combined in a reversely connected divider. The divider is used in radio relay connections and satellite broadcasting.

Description

Vynález se týká mnohofázového děliče výkonu lineárně polarizované vlny s kruhovým vlnovodem a přizpůsobovacím trnem s koaxiálními výstupy. Náleží do oboru vysokofrekvenční elektrotechniky speciálně do techniky velmi vysokých kmitočtů..The invention relates to a multi-phase power divider of a linearly polarized wave with a circular waveguide and a matching mandrel with coaxial outputs. It belongs to the field of high-frequency electrical engineering, especially to the technique of very high frequencies.

Dosud známé děliče s koaxiálními výstupy v podobě prostého rozvětvení jsou nevýhodné impedančně. Děliče založené na smě rových členech mají omezený počet výstupů. Známá provedení děličů s kruhovým vlnovodem a přizpůsobovacím trnem mají v kruhovém vlnovodu koaxiálně umístěný přizpůsobovací trn, který je tvořen rotačně symetrickým stupňovitým nebo kuželovým tělesem.The prior art dividers with coaxial outlets in the form of simple branching are disadvantageous impedance. Directional element dividers have a limited number of outputs. Known embodiments of circular waveguide and matching mandrel dividers have a matching mandrel coaxially located in the circular waveguide, which is formed by a rotationally symmetrical stepped or conical body.

U takových děličů jsou všechny vyváděné výkony stejné jen tehdy, budíme-li kruhový vlnovod kruhově polarizovanou vlnou TEn· K převedení lineárně polarizované vlny na kruhově polarizovanou vlnu je třeba samostatný kruhový polarizátor. Z rozměrových důvodů je účelné tento polarizátor integrovat s přizpůsobovacím trnem. Navíc s rozvojem miniaturních mikrovlnných zesilovačů jsou vyžadovány koaxiální-a jim obdobné výstupy z děliče.With such dividers, all output powers are the same only if the ring waveguide is wound with a circularly polarized wave TEn. For dimensional reasons, it is expedient to integrate this polarizer with the matching mandrel. In addition, with the development of miniature microwave amplifiers, coaxial-like and divider outputs are required.

Uvedené nedostatky odstraňuje mnohofázový dělič výkonu lineárně polarizované vlny s koaxiálními výstupy s kruhovým vlnovodem a koaxiálně umístěným přizpůsobovacím trnem podle vynálezu. Jeho podstatou je, že přizpůsobovací trn se skládá z rotačně symetrické základny, které postupně přechází uvnitř Kruhového vlnovodu v kopinatou část. Rovina této kopinaté části svírá s rovinou polarizace lineárně polarizované postupující vlny úhel 45°. Kruhový vlnovod je zakončen vodivě připevněným rezonátorem s rezonanční dutinou. Mezi rotačně symetrickou základnou přizpůsobovacího trnu a vstupem rezonátoru je vytvořena kruhově souvislá štěrbina, napříč kterou jsou v místě největ258 015These drawbacks are overcome by the multiphase power divider of the linearly polarized wave with coaxial outputs with a circular waveguide and a coaxially positioned matching mandrel according to the invention. Its essence is that the matching mandrel consists of a rotationally symmetrical base that gradually passes inside the circular waveguide into a lanceolate part. The plane of this lance section forms a 45 ° angle with the plane of polarization of the linearly polarized advancing wave. The circular waveguide is terminated by a conductively mounted resonator with a resonant cavity. Between the rotationally symmetrical base of the matching mandrel and the inlet of the resonator, a circularly continuous slot is formed, across which at the location of the largest 255 015

- 2 šího průřezu rotačně symetrické základny umístěny vývody koaxiálních výstupů. Vývody koaxiálních výstupů mohou být vodivě připojeny k plášti kruhového vlnovodu nebo k rotačně symetrické základně přizpůsobovacího trnu. Kopinatá část přizpůsobovacího trnu může být deskovitá nebo zaoblená. Vlna elektricky polarizovaná shodně s rovinou listu kopinaté části trnu se šíří pomaleji než vlna elektricky polarizovaná kolmo na rovinu listu. Tím jsou vytvořeny podmínky pro fázové změny potřebné k přeměně lineárně polarizované vlny na vlnu kruhově polarizovanou. Mezi základnou trnu a kruhovým vlnovodem vodivě připojená rezonanční dutina je využitá jako vysokofrekvenční izolátor mezi základnou trnu a vlnovodem. Tím jsou současně vytvořeny podmínky pro vidové a impedanční přizpůsobení pro připojení při aplikaci vyžadovaného počtu koaxiálních výstupů. Nutnou a při všech provedeních stejnou podmínkou pro optimální připojení vývodů koaxiálních výstupů je umístiti je tam, kde je rozhraní .mezi vysokou impedancí rezonátoru a nízkou impedancí ze strany přizpůsobovacího trnu, to je napříč kruhově souvislé štěrbiny obepínající rotačně symetrickou základnu přizpůsobovacího trnu v místě jejího největšího průřezu. Kopinatá část je natočena tak, že rovina polarizace dopadající vlny svírá s rovinou této části úhel 45°. Výstupní výkony jsou pak stejné. Fázové rozdíly jednotlivých výstupních napětí odpovídají zákonitostem mnohofázových systémů.- 2 cross-section of rotationally symmetrical base placed coaxial outlets. The outlets of the coaxial outlets may be conductively connected to the housing of the circular waveguide or to the rotationally symmetrical base of the matching mandrel. The lance section of the matching mandrel may be plate-shaped or rounded. The wave electrically polarized coincident with the plane of the sheet of the lance section propagates more slowly than the wave electrically polarized perpendicular to the plane of the sheet. This creates the conditions for the phase changes needed to convert the linearly polarized wave into a circularly polarized wave. A resonant cavity connected between the mandrel base and the circular waveguide is used as a high-frequency insulator between the mandrel base and the waveguide. This simultaneously creates conditions for mode and impedance matching for the application of the required number of coaxial outputs. A necessary and in all embodiments the same condition for optimal connection of coaxial outlets is to place them where the interface is between the high impedance of the resonator and the low impedance from the adapter mandrel, that is across the circularly continuous slots surrounding the rotationally symmetrical base cross-section. The projected portion is rotated so that the plane of polarization of the incident wave forms an angle of 45 ° with the plane of this portion. The output power is then the same. The phase differences of the individual output voltages correspond to the laws of multiphase systems.

Vytvoření a užití kopinatého trnu je nové. V důsledku jeho aplikace postačí přivádět do d ěliče kruhovým vlnovodem jen lineárně polarizovanou vlnu, aby nastalo dělení výkonu na stejné díly. Odpadá potřeba kruhového polarizátoru. Nové je také připojení koaxiálních vývodů přímo na dělič, což je umožněno tím, že vysokoimpedančním rezonátorem byla vytvořena vysokofrekvenční izolace trnu od pláště vlnovodu. Přímému připojení koaxiálních vývodů odpovídá zmenšení celkových rozměrů děliče a hlavně možnost zvětšení počtu výstupních vývodů podle požadované aplikace.The creation and use of the lance is a new one. As a result of its application, it is sufficient to feed only a linearly polarized wave into the divider with a circular waveguide in order to divide the power into equal parts. There is no need for a circular polarizer. Also new is the connection of coaxial outlets directly to the divider, which is made possible by the high-impedance resonator providing high-frequency insulation of the mandrel from the waveguide housing. Direct connection of coaxial outlets corresponds to the reduction of the overall dimensions of the divider and especially the possibility of increasing the number of output outlets according to the required application.

255 015255 015

Na obr. 1 je v podélném řezu znázorněn dělič výkonu s přizpůsobovacím trnem v provedení s deskovitou kopinatou částí trnu. Na obr. 2 je v nárysu znázorněn řez děličem výkonu s oblým provedením kopinaté části trnu. Na obr. 3 je v bokorysu znázorněn podélný řez děličem nakresleným na obr. 2. Obr. 4 znázorňuje podélný řez děličem s radiálně umístěnými koaxiálními výstupy.FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a power divider with an adapter mandrel in a plate-shaped lance section; FIG. 2 is a cross-sectional view of a power divider with a rounded design of the lance-shaped part of the mandrel. Fig. 3 is a longitudinal cross-sectional view of the divider shown in Fig. 2; 4 shows a longitudinal section through a divider with radially positioned coaxial outlets.

Nenáročné je provedení děliče s kruhovým vlnovodem a kopinatým přizpůsobovacím trnem se čtyřmi koaxiálními výstupy. Dělič sestává z vývodů koaxiálních výstupů 4 a kruhového vlnovodu 1, v němž je koaxiálně umístěn přizpůsobovací trn 6 složený z rotačně symetrické základny 2 a z deskovité kopinaté části 2· Přitom vývody koaxiálních výstupů 4 jsou připojeny vodivě na konec pláště kruhového vlnovodu 1 a procházejí otvory čelní desky děliče, která je pokračováním rezonátoru 5.. Rezonátor 2 obklopuje konec kruhového vlnovodu 1. Je spojen na jedné straně s vnějším povrchem pláště tohoto kruhového vlnovodu 1, na druhé straně pokračuje čelní deskou, až se spojí vodivě se základnou 2 přizpůsobovacího trnu 6. Lineárně polarizovaná vlna TE]_i vstupuje kruhovým vlnovodem 1 proti kopinaté části 2, která je natočena tak, aby rovina kopinaté části 2 svírala s rovinou lineárně polarizované vlny úhel 45°· Vlna se na kopinaté části 3 štěpí na dvě vzájemně kolmé složky, které postupují nestejnými rychlostmi. V místě, kde končí kopinatá část 2, je vlna kruhově polarizovaná a impedančně i vidově upravená. Rotačně symetrická základna 2 přizpůsobovacího trnu 6 zabezpečuje impedanční korekci pro vyvedení stejných podílů energie do vývodů koaxiálních výstupů 4 pomocí vidu TEM. Aby nenastalo vyzařování vysokofrekvenční energie z děliče, je dělič uzavřen rezonátorem 2, který je připojen vodivě k plášti kruhového vlnovodu 1 a přes čelní kovovou desku pokračuje vodivě k rotačně symetrické základně 2. přizpůsobovacího trnu 6. Deskovité provedení kopinaté části 3 je výrobně jednoduché. Snižuje však elektrickou pevnost děliče. To při aplikaci s miniaturními zesilovači není na závadu.The design of a circular waveguide divider with a lance adapter with four coaxial outputs is not demanding. The divider consists of the coaxial outlets 4 and the circular waveguide 1, in which a matching mandrel 6 composed of a rotationally symmetrical base 2 and a plate-like dome 2 is coaxially positioned. The outlets of the coaxial outlets 4 are connected conductively to the end of the casing The resonator 2 surrounds the end of the circular waveguide 1. It is connected on one side with the outer surface of the jacket of this circular waveguide 1, on the other side it continues with the front plate until it connects conductively with the base 2 of the matching mandrel 6. The linearly polarized wave TE1i enters a circular waveguide 1 against the lance part 2, which is rotated so that the plane of the lance part 2 forms an angle of 45 ° with the plane of the linearly polarized wave. The wave splits on the lance part into two mutually perpendicular components unequal speeds. At the point where the lance part 2 ends, the wave is circularly polarized and impedance and mode modified. The rotationally symmetrical base 2 of the matching mandrel 6 provides impedance correction for conducting equal proportions of energy to the terminals of the coaxial outputs 4 via the TEM mode. In order not to emit high-frequency energy from the splitter, the splitter is closed by a resonator 2, which is connected conductively to the housing of the circular waveguide 1 and continues through the front metal plate conductively to the rotationally symmetrical base 2 of the matching mandrel 6. However, it reduces the electrical strength of the divider. This is not a problem when used with miniature amplifiers.

- 4 255 015- 4,255,015

Jiné provedení děliče sestává opět z vývodů koaxiálních výstupů 4 a z kruhového vlnovodu 1, v němž je koaxiálně umístěn přizpůsobovací trn 6 složený z rotačně symetrické základny 2. a oblé kopinaté části 3· Přitom vývody koaxiálních výstupů £ jsou připojeny na konec pláště kruhového vlnovodu 1 a procházejí otvory čelní desky děliče, která je pokračováním rezonátoru 2· Rezonátor £ obepíná kruhový vlnovod 1. činnost děliče v tomto provedení se neliší od činnosti děliče předešlého. Oblé provedení kopinaté části 3 však zvyšuje elektrickou pevnost děliče. Toto výrobně náročnější provedení má tedy význam při zpracování velkých výkonů například při impulsním provozu.Another embodiment of the divider consists again of the coaxial outlets 4 and of the circular waveguide 1, in which a matching mandrel 6 composed of a rotationally symmetric base 2 and a rounded dome 3 is coaxially positioned. The resonator 4 encircles the circular waveguide 1. The operation of the divider in this embodiment is no different from that of the previous divider. However, the rounded configuration of the lance 3 increases the electrical strength of the divider. This more demanding manufacturing process is therefore important in the processing of large outputs, for example in pulsed operation.

Další možné provedení je funkčně shodné s oběma již uvedenými konstrukcemi. Sestává opět z vývodů koaxiálních výstupů 4 a z kruhového vlnovodu 1, v němž je koaxiálně umístěn přizpůsobovací trn 6 složený z rotačně symetrické základny 2 a deskovité kopinaté části Přitom vývody koaxiálních výstupů 4 jsou vodivě připojeny na základnu 2 přizpůsobovacího trnu 6 a rovnoměrně přitom rozmístěny v místech na jejím největším obvodu. Vystupují z děliče radiálně otvory přes plášť kruhového vlnovodu 1. K plášti kruhového vlnovodu 1 je vodivě připojen vnější vodič rezonátoru 2· Střední vodič téhož rezonátoru £ je vodivě spojen s rotačně symetrickou základnou 2. Toto provedení s radiálními vývody koaxiálních výstupů 4 a deskovitou kopinatou částí 3 přizpůsobovacího trnu 6 je vhodné pro připojení malovýkonových zesilovačů tam, kde konstrukce s čelními výstupy neumožňuje umístění podle aplikace určeného počtu výstupů.Another possible embodiment is functionally identical to the two structures already mentioned. It again consists of the coaxial outlets 4 and a circular waveguide 1, in which a matching mandrel 6 composed of a rotationally symmetrical base 2 and a plate-like dome is coaxially positioned. The outlets of the coaxial outlets 4 are conductively connected to the base 2 of the matching mandrel 6. on its largest perimeter. The outer conductor of the resonator 2 is conductively connected to the housing of the circular waveguide 1. 3 of the matching mandrel 6 is suitable for connecting low power amplifiers where the front output design does not allow placement according to the application of a specified number of outputs.

Vynález je určen ve spojení s malovýkonovými mikrovlnnými zesilovači k dosažení většího celkového výkonu než je schopen dodat jediný zesilovač. K napájení děliče je třeba kruhovým vlnovodem přivádět lineárně polarizovanou vlnu ΤΕχχ. Po zesílení jednotlivých dílčích výkonů se zesílené výkony sdruží v opačně použitém děliči téhož nebo obdobného typu. Vynález má využití v rádiořeléových spojích a při družicovém vysílání.The invention is intended in conjunction with low power microwave amplifiers to achieve greater overall power than a single amplifier can deliver. Linear polarized wave ΤΕχχ should be supplied to the divider by a circular waveguide. After the amplification of the individual partial powers, the amplified powers are combined in a divider of the same or similar type used in the opposite way. The invention has applications in radio-broadcast links and satellite broadcasting.

Claims

SCOPE OF THE INVENTION 255 015

A multiphase power divider of a linearly polarized wave with a circular waveguide in which a matching mandrel is located coaxially, characterized in that the matching mandrel (6) consists of a rotationally symmetrical base (2) which gradually passes inside the circular waveguide (1) in the lance section (3), the plane of which is at an angle of 45 ° with the plane of polarization of the linearly polarized advancing wave and in that the circular waveguide (1) terminates in a resonant cavity with a conductively fixed resonator (5). which surrounds the rotationally symmetrical base (2) of the matching mandrel (6), at its largest cross-section, the outlets of the coaxial outlets (4) are located.

Power divider according to claim 1, characterized in that the outlets of the coaxial outputs (4) are conductively connected to the housing of the circular waveguide (1).

Power divider according to Claim 1, characterized in that the terminals of the coaxial outputs (4) are conductively connected to the rotationally symmetrical base (2) of the matching mandrel (6).

Power divider according to Claims 1 to 3 _, characterized in that the lance part (3) of the matching mandrel (6) is plate-shaped.

Power divider according to Claims 1 to 3 _, characterized in that the lance section (3) of the matching mandrel (6) is rounded.