RU2553095C1 - Делитель мощности - Google Patents
Делитель мощности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2553095C1 RU2553095C1 RU2013156430/08A RU2013156430A RU2553095C1 RU 2553095 C1 RU2553095 C1 RU 2553095C1 RU 2013156430/08 A RU2013156430/08 A RU 2013156430/08A RU 2013156430 A RU2013156430 A RU 2013156430A RU 2553095 C1 RU2553095 C1 RU 2553095C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- quarter
- power divider
- transmission line
- wave
- output arms
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transmitters (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технике СВЧ и может найти широкое применение в системах активных фазированных антенных решеток, радиопередающих устройствах. Достигаемый технический результат - повышение развязки между выходными плечами, улучшение согласования по входу. Делитель мощности содержит входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, между которыми включены балластные резисторы, выполненные в виде отрезков линии передачи с потерями и соединенные в звезду, к общей точке которых подключен короткозамкнутый шлейф длиной меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, при этом в него введены четвертьволновый отрезок линии передачи, включенный между входным плечом и общей точкой четвертьволновых отрезков линии передачи и дополнительный короткозамкнутый шлейф длиной меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к технике СВЧ и может найти широкое применение в системах активных фазированных антенных решеток, радиопередающих устройствах и системах, использующих мощность СВЧ.
Известен многоканальный синфазный делитель мощности, содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, между которыми включены балластные развязывающие резисторы, соединенные в звезду (Wilkinson E.J. An N-hybrid power divider // IRE Trans, on microwave theory and techniques. 1960. v. MTT-8, N 1. p.116-118). За прошедшие более чем 50 лет это устройство многократно усовершенствовалось и составило основу большого числа авторских свидетельств и патентов. Будучи линейным и взаимным делитель Уилкинсона может равноправно использоваться и в качестве сумматора мощности.
При работе на большом уровне мощности площади балластных резисторов в пленочном исполнении, как и их паразитные параметры, увеличиваются, что приводит к резкому ухудшению основных технических характеристик устройства - согласования по входу и выходам, развязки между выходными плечами, снижение коэффициента прямой передачи, рост потерь в балластных резисторах, смещение по частоте минимумов КСВН и максимума развязки и др. (см. К.Я. Аубакиров, В.И. Говорухин, Л.Г. Плавский, М.Г. Рубанович. Двухканальный синфазный сумматор-делитель мощности с компенсацией паразитных параметров балластного резистора. Радиотехника, №6, 2011, с.59-63).
Известен делитель мощности (см. авт.свид. СССР №849342, Н01Р 5/12, БИ №27. 25.07.81), содержащий разветвитель, к выходам плеч которого подключены балластные развязывающие резисторы, включенные звездой, к входу и к каждому из выходов плеч разветвителя подключены короткозамкнутые шлейфы, а в каждое плечо разветвителя включен конденсатор, причем емкость и длина каждого из короткозамкнутых шлейфов определяются соответственно из соотношений
где N - число плеч;
f0 - центральная частота рабочего диапазона;
R0 - выходное сопротивление каждого плеча делителя;
λ0 - длина волны в делителе мощности;
ρ - волновое сопротивление короткозамкнутого шлейфа.
Уменьшение потерь и сокращение габаритов устройства достигается эквивалентной заменой четвертьволновых трансформирующих отрезков линии передачи разветвителя П-образными полураспределенными звеньями, составленными из двух короткозамкнутых шлейфов в параллельных ветвях и сосредоточенной емкости в последовательной ветви каждого П-звена. Однако выбор элементов П-звеньев по приведенным соотношениям не позволяет скомпенсировать ухудшение технических характеристик устройства большой мощности с увеличенной площадью балластных резисторов в пленочном исполнении. Как и в предыдущем случае, достижение высоких технических характеристик не может быть реализовано в данном устройстве.
Кроме того, известен делитель мощности (см. авт. свид. СССР №1798840, Н01Р 5/12, БИ №8. 28.02.93), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, при этом между выходными плечами включены балластные резисторы, выполненные в виде отрезков линии передачи с потерями и соединенные в звезду, к общей точке которых подключен короткозамкнутый шлейф длиной меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, а его входное сопротивление выбрано из соотношений:
где ZC, L - волновое сопротивление и длина отрезка линии передачи с потерями;
γ - постоянная распространения в линии с потерями;
Zш, lш - волновое сопротивление и длина шлейфа.
В прототипе увеличение рабочей мощности достигается подключением к общей точке соединенных в звезду балластных резисторов короткозамкнутого шлейфа с длиной, меньшей четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона. Этот шлейф компенсирует паразитные параметры балластных резисторов и улучшает согласование по входу и выходам, развязку между выходами, увеличивает коэффициент прямой передачи и, как следствие, рабочую мощность на выходах.
Однако, несмотря на существенное улучшение указанных технических характеристик, их значения недостаточно высоки, что, в первую очередь, касается развязки между выходными плечами делителя, то есть обеспечения их независимой работы при различных условиях нагрузки и эксплуатации, и КСВН по входу.
Принципиальным недостатком делителя мощности - прототипа являются технологические ограничения реализации устройств с числом выходных плеч, большим пяти при использовании стандартных керамических материалов подложки, таких как поликор и брокерит (см. В.И. Говорухин, М.Г. Рубанович. Многоканальные синфазные сумматоры - делители мощности Уилкинсона с корректирующим шлейфом. Материалы XI международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения - АПЭП-2012", Новосибирск, НГТУ, 2012, CFP2471-PRT, ISBN 978-1-4673-2839-5. т. 4, с. 118-121).
Задачей предлагаемого изобретения является повышение развязки между выходными плечами, улучшение согласования по входу, а также выполнение делителей с большим числом выходных плеч, что расширяет их функциональные возможности.
Поставленная задача достигается тем, что в делитель мощности, содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, при этом между выходными плечами включены балластные резисторы, выполненные в виде отрезков линии передачи с потерями и соединенные в звезду, к общей точке которых подключен короткозамкнутый шлейф длиной меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, введены четвертьволновый отрезок линии передачи, включенный между входным плечом и общей точкой четвертьволновых отрезков линии передачи, и дополнительный короткозамкнутый шлейф длиной меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, присоединенный к входному плечу делителя мощности.
Кроме того, в предлагаемый делитель мощности может быть введен разомкнутый шлейф длиной меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, присоединенный к общей точке четвертьволновых отрезков линии передачи.
На фиг.1 приведена схема электрическая принципиальная предлагаемого делителя мощности, на фиг.2 - вариант схемы электрической принципиальной предлагаемого делителя мощности с введенным разомкнутым шлейфом, присоединенным к общей точке четвертьволновых отрезков линии передачи, на фиг.3 - расчетные частотные зависимости технических характеристик делителя мощности-прототипа с числом выходных плеч, равным пяти, на фиг.4 - технические характеристики предлагаемого делителя мощности с введенными четвертьволновым отрезком линии передачи и дополнительным короткозамкнутым шлейфом, нафиг.5 - технические характеристики предлагаемого делителя мощности с введенным разомкнутым шлейфом, присоединенным к общей точке четвертьволновых отрезков разветвителя.
Делитель мощности (фиг.1) содержит входное плечо 1, к которому подключены введенные дополнительный короткозамкнутый шлейф 2 и четвертьволновый отрезок линии передачи 3, присоединенный к общей точке 4 четвертьволновых отрезков линии передачи 5, концы которых подключены к выходным плечам 6, при этом между выходными плечами 6 включены балластные резисторы 7, выполненные в виде отрезков линии передачи с потерями и соединенные в звезду, к общей точке которых подключен короткозамкнутый шлейф 8 длиной меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона. Выходные плечи 6 нагружены на сопротивления нагрузки 9.
В предлагаемый делитель мощности может быть введен разомкнутый шлейф 10 длиной меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, присоединенный к общей точке 4 четвертьволновых отрезков линии передачи 5 (фиг.2).
Делитель мощности (фиг.1) работает следующим образом. При поступлении входного СВЧ-сигнала на входное плечо 1 его мощность равномерно распределяется через одинаковые четвертьволновые отрезки линии передачи 5 по всем выходным плечам 6, так что при одинаковых и согласованных сопротивлениях нагрузки 9 эти мощности на всех выходных плечах 6 равны по величине и синфазны. Для случая минимальной площади балластных резисторов 7 делитель мощности представляет собой симметричный многополюсник и на центральной частоте является полностью согласованным, а его выходы развязаны практически идеально. В устройствах большой мощности оказывается необходимым использовать балластные резисторы с большой площадью для рассеяния значительной мощности в случае рассогласования или выхода из строя одной из нагрузок. Технические характеристики таких делителей мощности значительно ухудшаются, а следовательно, для обеспечения их работоспособности необходимо скорректировать влияние эффекта, связанного с использованием балластных резисторов с большой площадью. Это частично реализовано в устройстве-прототипе за счет подключения к общей точке включенных в звезду балластных резисторов 7 короткозамкнутого шлейфа 8. В предлагаемом устройстве к входному плечу подключены введенные четвертьволновый отрезок линии передачи 3, включенный между входным плечом и общей точкой 4 четвертьволновых отрезков линии передачи 5 и дополнительный короткозамкнутый шлейф 2 длиной меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона. Кроме того, в предлагаемый делитель мощности может быть введен разомкнутый шлейф 10 длиной меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, присоединенный к общей точке 4 четвертьволновых отрезков линии передачи 5. Эти элементы обеспечивают существенное повышение развязки между выходными плечами делителя мощности, улучшение согласования по входу, а также выполнение делителей с большим числом выходных плеч, что расширяет их функциональные возможности.
Расчетные частотные зависимости технических характеристик предлагаемого (фиг.1 и 2) и делителя мощности-прототипа с числом выходных плеч, равным пяти, в диапазоне частот 600…1400 МГц с центральной частотой 1000 МГц представлены на фиг.3…5, при этом фиг.3 соответствует делителю мощности-прототипу с R0=50 Ом, ρр=111.8 Ом, фиг.4 - предлагаемому делителю мощности (фиг.1) с введенными дополнительным короткозамкнутым шлейфом 2 и четвертьволновым отрезком линии передачи 3, R0=50 Ом, ρp=90 Ом,
Ом, фиг.5 - предлагаемому делителю мощности, дополненному разомкнутым шлейфом 10 (фиг.2). Сравнение зависимостей на фиг.3…5 показывает:
- параметр
i, k=2…6, i≠k, характеризующий развязку между выходными плечами устройства, повысился на 15.7%, или на 1.27 дБ, для варианта - фиг.1 и в 2.7 раза, или на 8.68 дБ, для варианта - фиг.2. Наблюдаемое сокращение полосы пропускания устройства по уровню -25 дБ в 1.34 раза малозначительно, поскольку полученное значение ширины полосы пропускания Δƒ1=475.85 МГц существенно выше аналогичного показателя для КСВН1;
- коэффициент стоячей волны напряжения по входу KCBH1 для всех вариантов делителей мощности близок к единице (1.02…1.031) на частотах, соответствующих их минимальному значению. Полоса пропускания по уровню KCBH1=1.2 расширялась в 2.9 раза для варианта - фиг.1 (со 152.6 МГц до 446.25 МГц) и в 2.5 раза для варианта - фиг.2 (до 380.6 МГц);
- коэффициент прямой передачи
, i=2…6, для делителя мощности-прототипа -7.267 дБ меньше идеального значения -6.99 дБ на 3.2%. Его улучшение до -7.136 дБ для варианта - фиг.2 составляет около 1.5%.
Таким образом, введение в устройство-прототип указанных элементов коррекции позволило повысить развязку между выходными плечами в 2.7 раза (на 8.68 дБ) и расширить его полосу пропускания в 2.5 раза.
Покажем возможность увеличения числа выходных плеч в предложенном делителе мощности. В делителе мощности-прототипе волновое сопротивление четвертьволновых отрезков разветвителя выбирается из соотношения (см. вышеуказанную работу Wilkinson E.J. An N-hybrid power divider //IRE Trans, on microwave theory and techniques. 1960. v. MTT-8, N 1. p.116-118)
где R0=50 Ом - стандартное значение входного и выходного сопротивлений n-плечевого делителя мощности.
Для рассматриваемого устройства с числом выходных плеч, равным пяти, ρp=5045=111.8 Ом. При реализации устройства на подложке из поликора εr=9.6 толщиной h=1 мм ширина микрополосковой линии составит W=0.0775 мм, что требует применения специальной технологии с повышенной разрешающей способностью. Кроме того, устройства с такой W=0.0775 мм не могут быть использованы на большом уровне мощности. Применение брокерита с εr=6.6 и h=1 мм увеличивает ширину полоска до W=0.16 мм, что близко к рекомендуемому минимальному значению W=0.2 мм, соответствующему стандартной технологии изготовления микрополосковых элементов. Вышесказанное позволяет сделать вывод о невозможности реализации делителя мощности-прототипа с числом выходных плеч больше пяти. Даже в этих пределах n≤5 увеличение их числа сопровождается уменьшением развязки между выходными плечами, ухудшением согласования по входу, сокращением полосы пропускания устройства.
Выполнение делителя мощности с большим числом выходных плеч достигается при введении между входом 1 делителя мощности и общей точкой 4 четвертьволновых отрезков 5 разветвителя четвертьволнового трансформирующего отрезка 3 с волновым сопротивлением
. Задавая реализуемую на практике по стандартной технологии ширину четвертьволновых отрезков разветвителя, например, W=0.2 мм, что соответствует ρРmax=90 Ом (см. Бахарев С.И., Вольман В.И., Либ Ю.Н. и др. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств / Под ред. В.И. Вольмана. - М.: Радио и связь, 1982. - 328 с.), можно реализовать делитель мощности по предлагаемой схеме с числом выходных плеч n=20, что в четыре раза превышает nmax=5 для делителя мощности-прототипа. Действительно, учитывая рекомендуемое минимальное значение волнового сопротивления микрополосковых линий передачи ρmin=20 Ом (см. Сазонов Д.М., Гридин А.Н., Мишустин Б.А. Устройства СВЧ / Под ред. Д.М. Сазонова. - М.: Высшая школа, 1981. - 295 с., ил.), можно показать, что
. Таким образом, увеличение максимального числа выходных плеч с nmax=5 до nmax=20 расширяет функциональные возможности предложенного делителя мощности.
Claims (2)
1. Делитель мощности, содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, при этом между выходными плечами включены балластные резисторы, выполненные в виде отрезков линии передачи с потерями и соединенные в звезду, к общей точке которых подключен короткозамкнутый шлейф длиной меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, отличающийся тем, что в него введены четвертьволновый отрезок линии передачи, включенный между входным плечом и общей точкой четвертьволновых отрезков линии передачи, и дополнительный короткозамкнутый шлейф длиной меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, присоединенный к входному плечу делителя мощности.
2. Делитель мощности по п.1, отличающийся тем, что в него введен разомкнутый шлейф длиной меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, присоединенный к общей точке четвертьволновых отрезков линии передачи.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013156430/08A RU2553095C1 (ru) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | Делитель мощности |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013156430/08A RU2553095C1 (ru) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | Делитель мощности |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2553095C1 true RU2553095C1 (ru) | 2015-06-10 |
Family
ID=53295216
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013156430/08A RU2553095C1 (ru) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | Делитель мощности |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2553095C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2621887C1 (ru) * | 2016-03-21 | 2017-06-07 | Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" | Сверхширокополосный микрополосковый делитель мощности |
RU2688948C1 (ru) * | 2018-06-13 | 2019-05-23 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Делитель мощности |
RU2694435C1 (ru) * | 2018-09-27 | 2019-07-15 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Делитель мощности |
RU2717898C1 (ru) * | 2019-10-23 | 2020-03-26 | Открытое акционерное общество "Межгосударственная Корпорация Развития" (ОАО "Межгосударственная Корпорация Развития") | Широкополосный делитель мощности |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU849342A1 (ru) * | 1979-12-17 | 1981-07-23 | Воронежский Ордена Ленина Государственныйуниверситет Им. Ленинского Комсомола | Многоканальный делитель мощности |
SU1170534A1 (ru) * | 1983-09-21 | 1985-07-30 | Предприятие П/Я В-2599 | Устройство сложени мощности |
RU2348091C1 (ru) * | 2007-06-08 | 2009-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Многоканальный волноводный делитель мощности |
WO2011159308A1 (en) * | 2010-06-18 | 2011-12-22 | Skyworks Solutions, Inc. | Integrated linear power detection in an rf power amplifier |
-
2013
- 2013-12-18 RU RU2013156430/08A patent/RU2553095C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU849342A1 (ru) * | 1979-12-17 | 1981-07-23 | Воронежский Ордена Ленина Государственныйуниверситет Им. Ленинского Комсомола | Многоканальный делитель мощности |
SU1170534A1 (ru) * | 1983-09-21 | 1985-07-30 | Предприятие П/Я В-2599 | Устройство сложени мощности |
RU2348091C1 (ru) * | 2007-06-08 | 2009-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") | Многоканальный волноводный делитель мощности |
WO2011159308A1 (en) * | 2010-06-18 | 2011-12-22 | Skyworks Solutions, Inc. | Integrated linear power detection in an rf power amplifier |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2621887C1 (ru) * | 2016-03-21 | 2017-06-07 | Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" | Сверхширокополосный микрополосковый делитель мощности |
RU2688948C1 (ru) * | 2018-06-13 | 2019-05-23 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Делитель мощности |
RU2694435C1 (ru) * | 2018-09-27 | 2019-07-15 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Делитель мощности |
RU2717898C1 (ru) * | 2019-10-23 | 2020-03-26 | Открытое акционерное общество "Межгосударственная Корпорация Развития" (ОАО "Межгосударственная Корпорация Развития") | Широкополосный делитель мощности |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3320556A (en) | Impedance transformer | |
RU2553095C1 (ru) | Делитель мощности | |
US2602856A (en) | Power distribution system | |
US6472950B1 (en) | Broadband coupled-line power combiner/divider | |
CN110199431B (zh) | 宽带天线巴伦 | |
RU2559711C2 (ru) | Делитель мощности | |
US9270235B2 (en) | Amplifier and amplifying method | |
Taslimi et al. | Phase compensated serially fed array using the antenna as a part of negative group delay circuit | |
RU2655038C1 (ru) | Делитель мощности | |
RU2601533C1 (ru) | Делитель мощности | |
RU2667690C1 (ru) | Делитель мощности | |
RU113421U1 (ru) | Делитель свч-сигналов | |
RU2638974C1 (ru) | Делитель мощности | |
RU2692111C1 (ru) | Делитель мощности | |
RU2526742C2 (ru) | Многоканальный делитель мощности | |
RU2688948C1 (ru) | Делитель мощности | |
RU2485641C1 (ru) | Делитель мощности | |
Afanasiev et al. | A novel design of ultra-wideband strip-line power divider for 2–18 GHz | |
RU2694435C1 (ru) | Делитель мощности | |
Posada et al. | Design of an X-Band Suspended Stripline Unequal Split Power Distribution Network | |
US9985584B2 (en) | High-frequency semiconductor amplifier | |
Beldi et al. | Design of microstrip power dividers with filtering functions | |
RU2805010C1 (ru) | Делитель высокочастотных сигналов | |
US9762222B2 (en) | Wireless transmission apparatus, phase compensating apparatus and phase compensating method thereof | |
KR101214913B1 (ko) | 다중도체 결합선로를 이용한 가변 임피던스 변환 장치 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171219 |