RU2655038C1 - Power divider - Google Patents
Power divider Download PDFInfo
- Publication number
- RU2655038C1 RU2655038C1 RU2017112907A RU2017112907A RU2655038C1 RU 2655038 C1 RU2655038 C1 RU 2655038C1 RU 2017112907 A RU2017112907 A RU 2017112907A RU 2017112907 A RU2017112907 A RU 2017112907A RU 2655038 C1 RU2655038 C1 RU 2655038C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power divider
- input
- transmission line
- quarter
- arm
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
- H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
Abstract
Description
Изобретение относится к технике СВЧ и может найти широкое применение в системах активных фазированных антенных решеток, радиопередающих устройствах и системах, использующих мощность СВЧ.The invention relates to microwave technology and can be widely used in systems of active phased array antennas, radio transmitting devices and systems using microwave power.
Известен делитель мощности, содержащий разветвитель из четвертьволновых отрезков линий передачи, к выходам которого подключены балластные развязывающие резисторы, включенные звездой (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.A known power divider containing a splitter of quarter-wave segments of transmission lines to the outputs of which are connected ballast decoupling resistors connected by a star (Wilkinson EJ An N-hybrid power divider // IRE Trans. On microwave theory and techniques. 1960. v. MTT-8, N 1.p. 116-118). Over the past more than 50 years, this device has been repeatedly improved and formed the basis of a large number of copyright certificates and patents. Being linear and reciprocal, the Wilkinson divider can equally be used as a power adder.
Известен делитель мощности (см. Устройство сложения мощности, авт. свид. СССР №1170534, Н01Р 5/12, БИ №28. 30.07.85), содержащий входные плечи, каждое из которых подключено к балластному резистору и четвертьволновому отрезку линии передачи, при этом балластные резисторы соединены в звезду, концы четвертьволновых отрезков линий передачи подключены к выходному плечу и к общей точке балластных резисторов подключен короткозамкнутый четвертьволновый шлейф. Подавление четных гармоник суммируемых генераторов успешно выполняется на центральной частоте диапазона, для которой входное сопротивление четвертьволнового шлейфа бесконечно велико и, следовательно, этот шлейф не влияет на работу устройства. При этом четные гармоники суммируемых генераторов закорачиваются на землю, поскольку для них длина шлейфа не четверть-, а полуволновая, либо кратная ей, а входное сопротивление такого шлейфа равно нулю.A known power divider (see. Power addition device, ed. Certificate of the USSR No. 1170534,
При работе на большом уровне мощности площади балластных резисторов в пленочном исполнении и, как следствие, их паразитные параметры увеличиваются, что приводит к резкому ухудшению технических характеристик устройства - согласования по входам, развязки между ними, снижению коэффициента прямой передачи, росту потерь в балластных резисторах, смещению по частоте минимумов КСВН и максимума развязки и др.When operating at a high power level, the area of the ballast resistors in the film version and, as a result, their parasitic parameters increase, which leads to a sharp deterioration in the technical characteristics of the device - matching at the inputs, decoupling between them, reducing the direct transfer coefficient, increasing losses in the ballast resistors, frequency displacement of the VSWR minima and the isolation maximum, etc.
Известен также делитель мощности (см. авт. свид. СССР №849342, Н01Р 5/12, БИ №27. 25.07.81), содержащий разветвитель, к выходным плечам которого подключены развязывающие резисторы, включенные звездой; ко входу и к каждому из выходов плеч разветвителя подключены короткозамкнутые шлейфы, а в каждое плечо разветвителя включен конденсатор, причем емкость конденсатора и длина каждого из короткозамкнутых шлейфов определяются соответственно из соотношенийA power divider is also known (see ed. Certificate of the USSR No. 849342,
где n - число плеч;where n is the number of shoulders;
ƒ0 - центральная частота рабочего диапазона;ƒ 0 is the central frequency of the operating range;
R0 - выходное сопротивление каждого плеча делителя;R 0 is the output impedance of each arm of the divider;
λ0 - длина волны в делителе мощности;λ 0 is the wavelength in the power divider;
ρ - волновое сопротивление короткозамкнутого шлейфа.ρ - wave impedance of a short-circuited loop.
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 значений указанных выше технических характеристик не может быть реализовано в данном устройстве.Reducing losses and reducing the dimensions of the device is achieved by equivalent replacing the quarter-wave transforming segments of the splitter transmission line with U-shaped semi-distributed links composed of two short-circuited loops in parallel branches and a concentrated capacitance in the serial branch of each P-link. However, the choice of P-link elements according to the above ratios does not allow to compensate for the deterioration of the technical characteristics of a high-power device with an increased area of ballast resistors in a film version. As in the previous case, the achievement of high values of the above technical characteristics cannot be implemented in this device.
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, соединенные в звезду и к общей точке которых подключен короткозамкнутый шлейф, при этом балластные резисторы выполнены в виде отрезков линии передачи с потерями, длина шлейфа выбрана меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, а его входное сопротивление выбрано из соотношений:In addition, a power divider is known (see ed. Certificate of the USSR No. 1798840,
где ZC, L - волновое сопротивление и длина отрезка линии передачи с потерями;where Z C , L is the impedance and the length of the length of the transmission line with losses;
γ - постоянная распространения в линии с потерями;γ is the propagation constant in the lossy line;
Z ш , - волновое сопротивление и длина шлейфа.Z W - wave impedance and loop length.
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.In the prototype, an increase in operating power is achieved by connecting a short-circuit loop connected to a common point of ballast resistors with a length of less than a quarter of the wavelength of the center frequency of the operating range. This loop compensates for the parasitic parameters of ballast resistors and improves the matching of inputs and outputs, isolation between the outputs, increases the direct transmission coefficient and, as a result, the operating power at the outputs.
Однако, несмотря на существенное улучшение указанных технических характеристик, их значения недостаточно высоки, что в первую очередь касается развязки между выходами делителя, то есть обеспечения их независимой работы при различных условиях нагрузки и эксплуатации, и коэффициента прямой передачи.However, despite a significant improvement in the indicated technical characteristics, their values are not high enough, which primarily concerns the isolation between the outputs of the divider, that is, ensuring their independent operation under various loading and operating conditions, and the direct transmission coefficient.
Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является улучшение развязки между выходными плечами делителя мощности и увеличение коэффициента его прямой передачи.The objective (technical result) of the present invention is to improve the isolation between the output arms of the power divider and increase the coefficient of its direct transmission.
Поставленная задача достигается тем, что в делитель мощности, содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, между которыми включены соединенные в звезду балластные резисторы, выполненные в виде отрезков линии передачи с потерями, и к общей точке которых подключен короткозамкнутый шлейф, длина которого меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, введена емкость, подключенная к его входному плечу и выбираемая из соотношенияThis object is achieved by the fact that in the power divider containing the input arm connected through quarter-wave segments of the transmission line to the output arms, between which are included ballast resistors connected in the star, made in the form of segments of the transmission line with losses, and to the common point of which a short-circuited loop is connected , the length of which is less than a quarter of the wavelength of the central frequency of the operating range, a capacitance connected to its input arm and selected from the relation
где ω 0 =2πƒ 0 , ƒ 0 - центральная частота рабочего диапазона,where ω 0 = 2πƒ 0 , ƒ 0 is the central frequency of the working range,
R=R 0 =R н - стандартное значение входного и выходных сопротивлений делителя мощности, R = R 0 = R n - the standard value of the input and output resistances of the power divider,
n - число выходных плеч (каналов) делителя мощности, n is the number of output arms (channels) of the power divider,
- входное сопротивление ветви плеча делителя мощности, составленной из последовательно соединенных балластного резистора в виде отрезка линии передачи с потерями с параметрами ZR, , и короткозамкнутого корректирующего шлейфа с входным сопротивлением Z вхш =inρ ш tgθ ш =iX, , откуда , - input resistance of the arm branch of the power divider, composed of series-connected ballast resistor in the form of a segment of the transmission line with losses with parameters Z R , , and a short-circuited correction loop with input impedance Z vhsh = inρ w tgθ w = iX , from where ,
λ 0 - длина волны в делителе мощности. λ 0 - wavelength in the power divider.
Исходные формулы, эквивалентные схемы плеча делителя мощности, расчетные соотношения и обозначения приведены в работах 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 и В.И. Говорухин, М.Г. Рубанович, Н.Э. Унру Многоканальные синфазные сумматоры-делители мощности Уилкинсона с компенсацией паразитных параметров балластных резисторов. Вопросы радиоэлектроники, серия Общетехническая, вып. 3, с. 102-114.The initial formulas, equivalent circuits of the arm of the power divider, design relationships and notation are given in the works of K. Ya. Aubakirov, V.I. Govorukhin, L.G. Plavsky, M.G. Rubanovich Two-channel common-mode adder-power divider with compensation of parasitic parameters of the ballast resistor. Radio engineering, No. 6, 2011, p. 59-63 and V.I. Govorukhin, M.G. Rubanovich, N.E. Unruh Wilkinson multi-channel common-mode combiners-dividers with compensation of spurious parameters of ballast resistors. Questions of Radio Electronics, General Technical Series, vol. 3, p. 102-114.
На фиг. 1 приведена схема электрическая принципиальная предлагаемого n-канального делителя мощности, на фиг. 2 - схема электрическая принципиальная предлагаемого двухканального делителя мощности, на фиг. 3 - частотные зависимости технических характеристик предлагаемого двухканального делителя мощности.In FIG. 1 is a schematic electrical diagram of the proposed n- channel power divider, FIG. 2 is a schematic electrical diagram of the proposed two-channel power divider, FIG. 3 - frequency dependence of the technical characteristics of the proposed two-channel power divider.
Делитель мощности (фиг. 1) содержит входное плечо 1 с подключенной емкостью 2, подсоединенное через четвертьволновые отрезки линии передачи 3 к выходным плечам 4, к каждому из которых подключен балластный резистор 5, выполненный в виде отрезка линии передачи с потерями, все балластные резисторы соединены в звезду и к их общей точке подключен короткозамкнутый шлейф 6 с длиной меньшей четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона. Выходные плечи 4 делителя нагружены на сопротивления нагрузки 7.The power divider (Fig. 1) contains an
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 3 по всем выходным плечам 4, так что при одинаковых и согласованных сопротивлениях нагрузки 7 эти мощности на всех выходных плечах 4 равны по величине и синфазны. Для случая минимальной площади балластных резисторов 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 короткозамкнутого шлейфа 6. В предлагаемом устройстве к входному плечу делителя мощности подключена дополнительная емкость 2 (фиг. 1), что обеспечивает улучшение развязки между выходными плечами и увеличение коэффициента его прямой передачи.The power divider (Fig. 1) works as follows. When the input microwave signal arrives at the
Результаты исследования двухканального делителя мощности - прототипа приведены в статье 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. Частотные зависимости технических характеристик предлагаемого двухканального делителя мощности (фиг. 2) представлены на фиг. 3. Сравнение этих характеристик показывает, что введение малой по величине дополнительной емкости С доп =0.59 пФ, подключенной к входному плечу делителя мощности (фиг. 2), обеспечивает:The results of the study of a two-channel power divider - prototype are given in the article by K.Ya. Aubakirov, V.I. Govorukhin, L.G. Plavsky, M.G. Rubanovich. Two-channel common-mode adder-power divider with compensation of parasitic parameters of the ballast resistor. - Radio engineering, No. 6, 2011, p. 59-63. Frequency dependences of the technical characteristics of the proposed two-channel power divider (FIG. 2) are presented in FIG. 3. A comparison of these characteristics shows that the introduction of a small additional capacitance With additional = 0.59 pF , connected to the input arm of the power divider (Fig. 2), provides:
- параметр ⎜S ik ⎜=-58.74 дБ, характеризующий развязку между выходными плечами устройства, увеличился на 24 дБ по сравнению с делителем мощности - прототипом и практически соответствует делителю с безреактивным балластным резистором;- the parameter ⎜ S ik ⎜ = -58.74 dB, characterizing the isolation between the output arms of the device, increased by 24 dB compared with the power divider - the prototype and almost corresponds to the divider with a non-reactive ballast resistor;
- коэффициенты стоячей волны напряжения: по входу KCBH 1 =1.104 на частоте 961 МГц, по выходу КСВН 4 =1.036 на частоте 826 МГц близки к соответствующим значениям для делителя мощности-прототипа;- coefficients of a standing voltage wave: at the input KCBH 1 = 1.104 at a frequency of 961 MHz, at the output of the VSWR 4 = 1.036 at a frequency of 826 MHz are close to the corresponding values for the prototype power divider;
- коэффициент прямой передачи ⎜S 41 ⎜=-3.139 дБ повысился на 3.5% по сравнению с делителем мощности - прототипом.- the direct transmission coefficient ⎜ S 41 ⎜ = -3.139 dB increased by 3.5% compared with the power divider prototype.
Таким образом, введение емкости, подключенной к входному плечу делителя мощности, существенно улучшило развязку между его выходными плечами и увеличило коэффициент прямой передачи.Thus, the introduction of a capacitance connected to the input arm of the power divider significantly improved the isolation between its output arms and increased the direct transmission coefficient.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017112907A RU2655038C1 (en) | 2017-04-13 | 2017-04-13 | Power divider |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017112907A RU2655038C1 (en) | 2017-04-13 | 2017-04-13 | Power divider |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2655038C1 true RU2655038C1 (en) | 2018-05-23 |
Family
ID=62202519
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017112907A RU2655038C1 (en) | 2017-04-13 | 2017-04-13 | Power divider |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2655038C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2688948C1 (en) * | 2018-06-13 | 2019-05-23 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Power divider |
RU2694435C1 (en) * | 2018-09-27 | 2019-07-15 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Power divider |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1798840A1 (en) * | 1990-11-11 | 1993-02-28 | Novosibirsky Elektrotech Inst | Power divider |
US6753807B1 (en) * | 2002-07-30 | 2004-06-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Combination N-way power divider/combiner and noninvasive reflected power detection |
RU2250540C2 (en) * | 2003-04-22 | 2005-04-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный московский завод "Салют" | Multichannel power splitter |
US20090273413A1 (en) * | 2008-05-01 | 2009-11-05 | Wen Hui Zhang | Power divider integrated circuit |
RU2526742C2 (en) * | 2012-12-03 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образоватеьное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Multichannel power divider |
RU2559711C2 (en) * | 2013-05-21 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Power divider |
-
2017
- 2017-04-13 RU RU2017112907A patent/RU2655038C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1798840A1 (en) * | 1990-11-11 | 1993-02-28 | Novosibirsky Elektrotech Inst | Power divider |
US6753807B1 (en) * | 2002-07-30 | 2004-06-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Combination N-way power divider/combiner and noninvasive reflected power detection |
RU2250540C2 (en) * | 2003-04-22 | 2005-04-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный московский завод "Салют" | Multichannel power splitter |
US20090273413A1 (en) * | 2008-05-01 | 2009-11-05 | Wen Hui Zhang | Power divider integrated circuit |
RU2526742C2 (en) * | 2012-12-03 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образоватеьное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Multichannel power divider |
RU2559711C2 (en) * | 2013-05-21 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Power divider |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2688948C1 (en) * | 2018-06-13 | 2019-05-23 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Power divider |
RU2694435C1 (en) * | 2018-09-27 | 2019-07-15 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Power divider |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4806944A (en) | Switchable matching network for an element of a steerable antenna array | |
RU2559711C2 (en) | Power divider | |
RU2655038C1 (en) | Power divider | |
Mishra et al. | Design of an ultra-wideband Wilkinson power divider | |
US2147728A (en) | Phase changer | |
Ahn | Modified asymmetric impedance transformers (MCCTs and MCVTs) and their application to impedance-transforming three-port 3-dB power dividers | |
RU2553095C1 (en) | Power divider | |
US9344138B2 (en) | Method and system for providing improved high power RF splitter/combiner | |
RU2667690C1 (en) | Power splitter | |
Taslimi et al. | Phase compensated serially fed array using the antenna as a part of negative group delay circuit | |
US2567235A (en) | Impedance matching arrangement for high-frequency antennae | |
RU2601533C1 (en) | Power divider | |
US3611400A (en) | Phased array antenna | |
RU113421U1 (en) | Microwave signal splitter | |
KR20210140770A (en) | Power distributor, regulation method, power distribution method, storage medium and electronic device | |
RU2692111C1 (en) | Power divider | |
Munir et al. | Cohn topology-based 1: 8 power divider for S-band array antenna feeding network | |
US2193859A (en) | Ultra short wave antenna | |
RU2638974C1 (en) | Power divider | |
RU2485641C1 (en) | Power divider | |
RU2688948C1 (en) | Power divider | |
Tiwari et al. | A wideband 1: 2 T-junction power divider for antenna array with optimum results | |
RU2694435C1 (en) | Power divider | |
Afanasiev et al. | A novel design of ultra-wideband strip-line power divider for 2–18 GHz | |
US20180277950A1 (en) | Phase shifter and array antenna device |