RU2632262C1

RU2632262C1 - Division and summing circuit board

Info

Publication number: RU2632262C1
Application number: RU2016122175A
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Булычев; Арман Мартинович Саакян; Сергей Александрович Стругов; Александр Сергеевич Бойцов; Елена Юрьевна Панфилова; Александр Викторович Поляков; Александр Владимирович Татарников
Original assignee: Акционерное общество "Меркурий"
Priority date: 2016-06-06
Filing date: 2016-06-06
Publication date: 2017-10-03

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: division and summing circuit is proposed, characterised in that it comprises a common channel brought to the back side of the board through a through-hole, and three channels spaced on board symmetrically relative to each other at angle of 120° and connected by microstrip lines with resistors.

EFFECT: increased energy efficiency.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области радиосвязи и техники СВЧ и предназначено для работы в составе антенных решеток и систем, количество каналов которых кратно трем.The invention relates to the field of radio communications and microwave technology and is intended to work as part of antenna arrays and systems, the number of channels of which is a multiple of three.

Оптимальным расположением излучателей антенной решетки, как правило, является их расположение по квадрату, следовательно, количество элементов в данном случае может быть равно 4, 16…2^2N. Для таких антенных решеток и систем используют широко распространенные платы деления и суммирования 1:2. Однако при ограничении габаритов антенной решетки, например при использовании 9-канальной антенной решетки, применение 16-канальной платы деления и суммирования является невыгодным, так как в данном случае 7 каналов платы получаются незадействованными, что приводит к излишнему энергопотреблению. Оптимальным вариантом в данном случае является использование 9-канальной антенной решетки.The optimal location of the emitters of the antenna array, as a rule, is their square arrangement, therefore, the number of elements in this case can be 4, 16 ... 2 ^2N . For such antenna arrays and systems, widespread 1: 2 dividing and summing boards are used. However, when limiting the dimensions of the antenna array, for example, when using a 9-channel antenna array, the use of a 16-channel dividing and summing board is disadvantageous, since in this case 7 channels of the board are not used, which leads to excessive power consumption. The best option in this case is the use of a 9-channel antenna array.

Известны устройства с 2^N развязными каналами, разработанные на основе многоканального синфазного делителя мощности Уилкинсона, к выходам которого звездой подключены балластные развязывающие резисторы. Задача данных технических решений заключается в улучшении развязки и коэффициента передачи, для чего в схему делителя вводят дополнительные элементы: короткозамкнутые шлейфы, конденсаторы и другие элементы, что значительно усложняет устройство и снижает его надежность. Кроме того, делители мощности Уилкинсона имеют два выходных канала, что не позволяет использовать их в составе антенных решеток с количеством каналов, кратным трем.Known devices with 2 ^N decoupling channels, developed on the basis of Wilkinson's multi-channel common-mode power divider, to the outputs of which ballast decoupling resistors are connected by a star. The task of these technical solutions is to improve the isolation and transfer coefficient, for which additional elements are introduced into the divider circuit: short-circuited loops, capacitors and other elements, which greatly complicates the device and reduces its reliability. In addition, Wilkinson’s power dividers have two output channels, which does not allow their use in antenna arrays with a multiple of three.

Известен делитель мощности (патент РФ №1798840, 28.02.1993 г.), который содержит входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, между которыми включены балластные резисторы. Для увеличения рабочей мощности и улучшения развязки к общей точке балластных делителей, соединенных в звезду, подключен короткозамкнутый шлейф.A known power divider (RF patent No. 1798840, 02.28.1993), which contains the input arm connected through quarter-wave segments of the transmission line to the output arms, between which are included ballast resistors. To increase the operating power and improve isolation, a short-circuited loop is connected to the common point of ballast dividers connected to a star.

Рассмотренный делитель, как и аналоги на основе делителя Уилкинсона, имеет два выходных канала либо количество выходных каналов, кратное двум. Это является главным существенным недостатком. Использование указанных делителей в составе антенных решеток с количеством каналов, кратным трем, является энергозатратным.The considered divider, like analogues based on the Wilkinson divider, has two output channels or the number of output channels that is a multiple of two. This is a major significant drawback. The use of these dividers in the composition of antenna arrays with the number of channels that is a multiple of three is energy-consuming.

Заявителю не известны конструктивные решения по плате деления и суммирования, предоставляющие возможность передачи мощности сигнала с одного канала на три (в случае ее деления) и с трех каналов на один (в случае суммирования), обеспечивающие тем самым эквивалентность количества каналов платы деления и суммирования количеству каналов антенной решетки, кратному трем. Поэтому решение по патенту РФ №1798840 принято за наиболее близкий аналог к заявляемому решению.The applicant is not aware of the design decisions on the dividing and summing board, providing the possibility of transmitting the signal power from one channel to three (in the case of dividing it) and from three channels to one (in the case of summing), thereby ensuring the equivalence of the number of channels of the division and totalization boards channels of the antenna array, a multiple of three. Therefore, the decision on the patent of the Russian Federation No. 1798840 was taken as the closest analogue to the claimed solution.

Задачей изобретения является создание конструкции платы деления и суммирования, имеющей гальванически развязанные входные и выходные каналы и позволяющей передавать мощность сигнала с одного канала на три канала или, в случае суммирования, с трех каналов на один.The objective of the invention is to create the design of the division and summation board, having galvanically isolated input and output channels and allowing to transmit signal power from one channel to three channels or, in the case of summation, from three channels to one.

Техническим результатом изобретения является повышение энергетической эффективности использования платы деления и суммирования за счет обеспечения возможности равноамплитудного и синфазного деления мощности сигнала с одного канала на три канала или, в случае суммирования, с трех каналов на один при обеспечении гальванической развязки всех каналов.The technical result of the invention is to increase the energy efficiency of using the dividing and summing boards by providing the possibility of equal-amplitude and common-mode dividing the signal power from one channel into three channels or, in the case of summation, from three channels to one while ensuring galvanic isolation of all channels.

Технический результат достигается при использовании платы деления и суммирования, содержащей общий канал, вынесенный на обратную сторону платы через сквозное отверстие, три канала, разнесенных на плате симметрично относительно друг друга под углом 120° и соединенных микрополосковыми линиями с резисторами.The technical result is achieved by using a dividing and summing board containing a common channel that is brought to the back of the board through a through hole, three channels spaced symmetrically relative to each other at an angle of 120 ° and connected by microstrip lines with resistors.

Плата деления и суммирования имеет гексагональную форму.The division and totalization board has a hexagonal shape.

Заявляемая конструкция платы деления и суммирования обеспечивает сложение сигнала в противофазе на выходных каналах, что позволяет обеспечить необходимую гальваническую развязку между общим каналом и тремя разнесенными по плате каналами и в итоге получить плату с возможностью передачи мощности сигнала с одного канала на три в случае деления сигнала и с трех каналов на один в случае суммирования сигнала. Такая плата может быть использована в антенных решетках и системах с количеством каналов, кратным трем, что исключает наличие лишних незадействованных каналов и тем самым повышает энергетическую эффективность.The inventive design of the dividing and summing board provides the addition of the signal in antiphase on the output channels, which allows us to provide the necessary galvanic isolation between the common channel and the three channels spaced apart on the board and, as a result, to obtain a board with the possibility of transmitting signal power from one channel to three in case of signal division from three channels to one in case of signal summation. Such a board can be used in antenna arrays and systems with a multiple of three channels, which eliminates the presence of unnecessary unused channels and thereby increases energy efficiency.

На фиг. 1 изображена плата деления и суммирования (вид сверху), на фиг. 2 - плата деления и суммирования (вид снизу), на фиг. 3 - пример использования платы деления и суммирования в составе 9-канальной антенной решетки.In FIG. 1 shows a dividing and summing board (top view), FIG. 2 - board division and summation (bottom view), in FIG. 3 is an example of the use of the division and addition board as part of a 9-channel antenna array.

Плата деления и суммирования 1 содержит общий канал 2, вынесенный на заднюю сторону платы через сквозное отверстие, три канала 3, разнесенные на плате симметрично относительно друг друга под углом 120° и соединенные микрополосковыми линиями 4 с резисторами 5.The dividing and summing board 1 contains a common channel 2, which is laid out on the rear side of the board through a through hole, three channels 3, spaced on the board symmetrically relative to each other at an angle of 120 ° and connected by microstrip lines 4 with resistors 5.

Предлагаемое изобретение представляет собой плату гексагональной формы для улучшения таких характеристик, как коэффициент передачи и синфазность.The present invention is a hexagonal-shaped board for improving characteristics such as transmission coefficient and common mode.

В заявляемом решении для обеспечения требуемой гальванической развязки общий канал 2 вынесен на заднюю сторону платы деления и суммирования 1 через сквозное отверстие, а три канала 3 разнесены на шестиугольной плате 1 симметрично относительно друг друга под углом 120°, что обеспечивает сложение сигнала в противофазе.In the claimed solution, to ensure the required galvanic isolation, the common channel 2 is placed on the rear side of the division and totalization board 1 through the through hole, and the three channels 3 are spaced on the hexagonal board 1 symmetrically relative to each other at an angle of 120 °, which ensures signal addition in antiphase.

Сложение сигнала в противофазе, в свою очередь, достигнуто за счет выбора длин микрополосковых линий 4 с резистором 5, соединяющих каналы 3 (плечи) платы 1, которые должны отличаться от 2L_пл на половину длины волны λ.The signal addition in antiphase, in turn, was achieved by choosing the lengths of microstrip lines 4 with a resistor 5 connecting the channels 3 (shoulders) of the board 1, which should differ from 2L _PL by half the wavelength λ.

Длина каналов 3 (плеч) L_пл рассчитывается по формулеThe length of the channels 3 (shoulders) L _{PL is} calculated by the formula

где λ - длина волны, которая равнаwhere λ is the wavelength, which is equal to

где f - частота рабочего диапазона платы деления и суммирования, ε - диэлектрическая проницаемость материала платы 1.where f is the frequency of the operating range of the division and summation boards, ε is the dielectric constant of the board material 1.

Длина линии L от плеча платы до резистора составляетThe length of the line L from the arm of the board to the resistor is

При необходимости подачи больших мощностей допускается использование более мощных резисторов.If it is necessary to supply large capacities, the use of more powerful resistors is allowed.

При необходимости уменьшения габаритов платы допускается использовать диэлектрический материал с большей диэлектрической проницаемостью ε (габариты платы уменьшаются обратно пропорционально √ε).If it is necessary to reduce the dimensions of the board, it is allowed to use a dielectric material with a higher dielectric constant ε (the dimensions of the board are reduced inversely with √ε).

В составе 9-канальной антенной решетки плата деления и суммирования работает следующим образом. При подаче СВЧ-сигнала на общий канал 2 платы деления и суммирования 1 мощность сигнала синфазно и с равной амплитудой распределяется между тремя каналами 3 указанной платы. С выходных портов первой платы 1 мощность поступает на общий канал 2 следующих плат деления и суммирования 1 с последующей передачей на приемо-передающие модули 6 и далее на антенную решетку 7 или сразу на антенную решетку 7 в случае пассивной схемы.As part of a 9-channel antenna array, the dividing and summing board works as follows. When a microwave signal is applied to the common channel 2 of the dividing and summing board 1, the signal power is in phase and with equal amplitude is distributed between the three channels 3 of the specified board. From the output ports of the first board 1, power is supplied to the common channel 2 of the following dividing and summing boards 1 with subsequent transmission to the transceiver modules 6 and then to the antenna array 7 or directly to the antenna array 7 in the case of a passive circuit.

За счет высокого значения развязки между выходными портами плату деления и суммирования допускается использовать в антенных решетках с широким углом сканирования.Due to the high isolation value between the output ports, the dividing and summing board can be used in antenna arrays with a wide scanning angle.

Claims

1. The dividing and summing board, characterized in that it contains a common channel brought to the back of the board through the through hole, three channels spaced symmetrically relative to each other at an angle of 120 ° and connected by microstrip lines with resistors.

2. The division and summation fee according to claim 1, characterized in that it has a hexagonal shape.