RU189909U1

RU189909U1 - Миниатюрный трехшлейфный направленный ответвитель

Info

Publication number: RU189909U1
Application number: RU2018112866U
Authority: RU
Inventors: Денис Александрович Летавин
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2019-06-11

Abstract

Полезная модель относится к области радиотехники, а именно к технике сверхвысоких частот, и направлена на уменьшение габаритных размеров направленных ответвителей. Техническим результатом является уменьшение длин сегментов линий передачи в составе трехшлейфного направленного ответвителя.Миниатюрный трехшлейфный направленный ответвитель содержит четыре входные линии передачи с волновым сопротивлением Rпять микрополосковых ячеек и две четвертьволновых микрполосковых линий передачи, подключенных друг к другу через тройники, с входными сопротивлениямии, Р- мощность, ответвленная в один из входов, Р- мощность, подаваемая на вход направленного ответвителя, и фазой коэффициента передачи 90° на центральной рабочей частоте. 2 з.п. ф-лы. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в радиолокации, радионавигации, связи, антенных системах и радиоизмерениях как самостоятельное устройство, а также в качестве функционального узла для построения делителей мощности, фазовращателей, смесителей, модуляторов, дискриминаторов, сумматоров мощности, диаграммообразующих элементов.

В настоящий момент широкую известность получила конструкция квадратурного направленного ответвителя, выполненная в виде двух одинаковых отрезков линии передачи, например, коаксиального кабеля, длиной в 1/8 длины волны в линии и содержащего две сосредоточенные емкости связи, которые включены на концах отрезков между потенциальными проводниками линий («Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний.» Под ред. З.И. Моделя. Изд. "Советское радио", М. 1980. С. 86-87, рис. 6.6). Недостатками данного технического решения являются: узкая полоса рабочих частот и большой габаритный размер.

Другая часто используемая конструкция представляет собой квадратурный направленный ответвитель на элементах с сосредоточенными параметрами. Ответвитель представляет собой симметричный восьмиполюсник, состоящий из фильтров верхних частот ("Широкополосные устройства СВЧ на элементах с сосредоточенными параметрами" Карпов В.М., Малышев В.А., Перевощиков И.В. - М.: "Радио и связь", 1984. с. 67-72, рис. 5.5). При широкой полосе рабочих частот данный ответвитель содержит большое количество элементов, а, следовательно, имеет большие габаритные размеры, низкую надежность и повторяемость при серийном производстве, высокую стоимость, сложен в изготовлении и настройке.

Известен также микрополосковый трехшлейфный направленный ответвитель, который содержит диэлектрическую подложку, одна поверхность которой металлизирована, а на другой две микрополосковые линии передачи, центральную структуру и симметрично относительно центральной структуры расположенные боковые структуры на расстоянии в четверть длины волны друг от друга, причем каждая структура выполнена в виде четвертьволнового отрезка линии передачи, соединенного с обеими линиями передачи. (Малорацкий Л.Г. Явич Л.Р. Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях- М.: Сов. Радио, 1972 -186 с). Устройство обеспечивает прохождение сигнала с входа основной линии на выход и ответвление части мощности на второй выход, благодаря микрополосковым ячейкам, соединяющим линии передачи, и электромагнитной связи между линиями передачи. Фазовый сдвиг напряжений на выходах такого ответвителя составляет 90°. Недостатками указанного микрополоскового направленного ответвителя являются: большие габаритные размеры, особенно на низких частотах, а также паразитные полосы пропускания на соседних частотах. Стоит отметить, что микрополосковые ячейки состоят из высокоомных линий передачи, которые образуют фигуру внутри которой располагается сегмент выступающий в роли емкости и реализованный как низкоомный отрезок линии передачи.

Полезная модель направлена на уменьшение габаритных размеров направленных ответвителей.

Техническим результатом, достигаемым при реализации полезной модели, является уменьшение длин сегментов линий передачи в составе направленного ответвителя.

Технический результат достигается за счет того, что миниатюрный трехшлейфный направленный ответвитель содержит четыре входные линии передачи с волновым сопротивлением R1, пять микрополосковых ячеек и две четвертьволновых микрполосковых линий передачи, подключенных друг к другу через тройники, с входными сопротивлениями

и

, где

, P_вх - мощность, ответвленная в один из входов, P_вх - мощность, подаваемая на вход направленного ответвителя, и фазой коэффициента передачи 90° на центральной рабочей частоте,, где первый вход первой микрополосковой ячейки соединен с входом А1 устройства и первым входом третьего четвертьволнового отрезка линии передачи, второй вход первой микрополосковой ячейки соединен с первым входом второй и четвертой микрополосковой ячейки, второй вход второй микрополосковой ячейки соединен с входом А2 устройства и первым входом пятого четвертьволнового отрезка линии передачи, второй вход пятого четвертьволнового отрезка линии передачи соединен с входом А4 устройства и первым входом седьмой микрополосковой ячейки, второй вход седьмой микрополосковой ячейки соединен со вторым входом четвертой и шестой микрополосковой ячейки, первый вход шестой микрополосковой ячейки соединен с входом A3 устройства и вторым входом третьего четвертьволнового отрезка.

Микрополосковые ячейки, имеющие в необходимой полосе частот фазочастотную характеристику, совпадающую с фазочастотной характеристикой линий передачи, но при этом обладают меньшей длиной по сравнению с ними. Таким образом, использование микрополосковых ячеек вместо отрезков линий передачи позволяет уменьшить габаритные размеры устройства. Сущность полезной модели поясняется фигурами, на которых изображено:

- на фиг. 1 - предпочтительный вариант топологии предлагаемого микрополоскового трехшлейфного направленного ответвителя, реализованного на диэлектрической подложке с относительной диэлектрической проницаемостью равной 4.4 и толщиной 1 мм; вид сверху, где A1, А2, A3, А4 - входы ответвителя; также в конструкции имеются микрополосковые ячейки - 1,2,4,6,7 и четвертьволновые отрезки - 3 и 5.

- на фиг. 2 - графики зависимости модулей S-параметров от частоты, выраженных в децибелах;

- на фиг. 3 - график частотной зависимости разности фаз между связанным и основным выходами ответвителя.

Микрополосковый трехшлейфный направленный ответвитель имеет четыре 50-омных входных линии передачи, состоит из пяти микрополосковых ячеек в микрополосковом исполнении и двух микрополосковых линий, подключенных друг к другу, с помощью тройников между входами А1 и А2, А1 и А4, А2 и A3, A3 и А4. Микрополосковые ячейки представляют собой прямоугольник (возможна любая другая геометрическая фигура) из высокоомных микрополосковых линий. Внутри прямоугольников через высокоомные линии подключаются низкоомные отрезки. Габариты и количество используемых ячеек определяется исходя из получения необходимого фазового сдвига на рабочей частоте устройства.

Микрополосковый миниатюрный трехшлейфный направленный ответвитель работает следующим образом. Поступающая на вход А1 мощность высокочастотного сигнала (например, с рабочей частотой 2 ГГц) по микрополосковым ячейкам частично поступает в плечо А2, частично (благодаря соединяющим изогнутым линиям передачи в виде меандра и микрополосковым ячейкам) ответвляется в плечо А4, а плечо A3 - электрически развязано. В качестве дополнительного преимущества предлагаемый ответвитель не имеет паразитных полос пропускания на частотах, кратных центральной частоте рабочего диапазона. Применение микрополосковых ячеек вместо отрезков линии передачи позволяет осуществить эффективную миниатюризацию конструкции.

Для ответвителя, который делит мощность поровну между двумя выходами:

,

, тогда

, длястандартного волнового сопротивления R₁=50 Ом входные сопротивления будут равны

и

В качестве дополнительного преимущества предлагаемый ответвитель не имеет паразитных полос пропускания на частотах, кратных центральной частоте рабочего диапазона. Применение микрополосковых ячеек вместо отрезков линии передачи позволяет осуществить эффективную миниатюризацию конструкции.

Для подтверждения реализуемости выбранного технического решения, был изготовлен опытный образец полезной модели микрополоскового миниатюрный трехшлейфный направленный ответвитель со следующими техническими характеристиками:

- коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) входов ответвителя не более 1,2;

- амплитудный разбаланс между основным и связанным каналами ответвителя не превышает 0,7 дБ, в соответствии с данными на фиг. 2;

- разность фаз между основным и связанным каналами отличается от 90° не более чем на ±3°, что показано на фиг. 3.

Площадь компактного ответвителя составляет 1004,3 мм², что на 66% меньше площади, занимаемой стандартной конструкцией ответвителя.

Claims

1. Миниатюрный трехшлейфный направленный ответвитель, характеризующийся тем, что содержит четыре входные линии передачи с волновым сопротивлением R₁, пять микрополосковых ячеек и две четвертьволновых микрполосковых линий передачи, подключенных друг к другу через тройники, с входными сопротивлениями

и

, где

, P_отв - мощность, ответвленная в один из входов, P_вх - мощность, подаваемая на вход направленного ответвителя, и фазой коэффициента передачи 90° на центральной рабочей частоте, где первый вход первой микрополосковой ячейки соединен с входом A1 устройства и первым входом третьего четвертьволнового отрезка линии передачи, второй вход первой микрополосковой ячейки соединен с первым входом второй и четвертой микрополосковой ячейки, второй вход второй микрополосковой ячейки соединен с входом А2 устройства и первым входом пятого четвертьволнового отрезка линии передачи, второй вход пятого четвертьволнового отрезка линии передачи соединен с входом А4 устройства и первым входом седьмой микрополосковой ячейки, второй вход седьмой микрополосковой ячейки соединен со вторым входом четвертой и шестой микрополосковой ячейки, первый вход шестой микрополосковой ячейки соединен с входом A3 устройства и вторым входом третьего четвертьволнового отрезка.

2. Ответвитель по п. 1, отличающийся тем, что все микрополосковые ячейки выполнены в виде полых прямоугольников, образованных высокоомными микрополосковыми линиями, внутри которых параллельно подключается низкоомная микрополосковая линия.

3. Ответвитель по п. 1, отличающийся тем, что количество ячеек и их форма может быть произвольной.