Разделительно-суммирующее устройство

 

РАЗДЕЛИТЕЛЬНО-СУММИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее соответственно N-канальный делитель мощности и Н-канальный сумматор мощнос1и,где N 2, Р - целое число; выполненные в виде бинарного соединения (N-1) направленных ответвителей, нагруженных на 2x(N-l) балластных резисторов, и нагрузку, при этом выходы N-канального делителя мощности и входы Н- йанального сумматора мощности соединены через усилители, а нагрузка подключена к выходу Н-канального сумматора мощности, при этом вход N-канального делителя мощности является входом разделительно-суммирующего устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот путем снижения потерь расфазирования сигналов на его границах, каждый направленный ответвитель выполнен несимметричным на связанных, первичной и вторичной линиях и сильносвязанным и слабосвязанным участками на концах, при этом сильносвязанный конец первичной линии и слабосвязанный конец вторичной линии являются входами направленного ответвителя, а сильносвязанный конец (П вторичной линии и слабосвязанный конец первичной линии - его выходами/-причем балластные резисторы подключены к слабосвязанным концам вторичных линий,а входом N-канального делителя мощности и выходом Я-канального сумматора мощности являются сильносвязанные концы первичных линий соответ ствугЩих направленных ответвителей. / f 7 9 I I / t

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (29) (И) 3(52) Н 03 Н 7 48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ, :;, .; 3

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3514046/18-09 (22). 12.11. 82 (46) 23. 02. 84. Бюл. Р 7 (72 ) А. П. Горбачев (71) Новосибирский электротехнический институт (53) 621.371(088.8) (56) 1. Патент CUA )) 4263559, кл. Н 03 F 3/60, 1981.

2. Горбачев A Ï., Романов А.Н.

Широкополосные устройства сложения мощности диапазона СВЧ. — "Радиотехника", 1976, т. 31, Р 2, с. 89-91.

3. Каганов В.П. СВЧ полупроводниковые передатчики. "Радио и связь", 1981, с. 325 (прототип). (54)(57) РАЗДЕЛ)!ТЕЛЬНО-CVY25!PVRXgEd

УСТРОЙСТВО, содержащее соответственно N-канальный делитель мощности и N-канальный сумматор мощности,где

N = 2Р, P — целое число, выполненные в виде бинарного соединения (2(-1) на. правленных ответвителей, нагруженных на 2x(N-1) балластных резисторов, и нагрузку, при этом выходы N-канального делителя мощности и входы 2(йанального сумматора мощности соединены через усилители, а нагрузка под" ключена к выходу N-канального сумматора мощности, при этом вход 22-канального делителя мощности является входом разделительно-суммирующего устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот путем снижения потерь расфаэирования сигналов на его границах, каждый направленный ответвитель выполнен несимметричным на связанных. первичной и вторичной линиях и сильносвязанным и слабосвязанным участками на концах, прн этом сильносвязанный конец первичной линии и слабосвязанный конец вторичной линии являются входами направленного ответвителя, а сильносвязанный конец вторичной линии и слабосвязанный конец первичной линии — его выходами,.причем балластные резисторы подключены С„ к слабосвязанным концам вторичных линий, а входом N-канального делителя Я мощности и выходом Ю-канального сумматора мощности являются сильносвязанные концы первичных линий соответ ствугчцих направленных ответвителей. 3 075372

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для деления или сложения широкополосных сигналов в диапазоне СВЧ, например, в широкополосных усилителях, постро енных по модульному принципу наращи5 вания мощностей.

Известно многоканальное разделительно-суммирующее устройство, делитель и сумматор которых выполнен в виде цепочного соединения квадратурных направленны:: ответвителей, переходные ослабления которых выбираются равными 10Eg(m) m=2. N,где

m — номер канала устройства, начиная с m=2, à перЬый канал устройства обра15 зован свободным выходом ответвителя с номером m=2, при этом переходные ослабления составляют: ЗдБ(m=2);

4,77 дБ(ш=З); 6,02 дБ(гп=4) и т.д.

Коэффициент перекрытия диапазона ра- 20 бочих частот разделительно-суммирующего устройства ограничен неравномерностью деления мощности на выходах делителя и при величине неравномер-, ности «+0,5 дБ составляет в 10-каналь- 75 ном разделительно-суммирующем устрой- стве 1,5 f1) . ,Недостатком этого устройства является узкий диапазон рабочих частот.

Известно также многоканальное раз-"gp делительно-суммирующее устройство, выполненное по бинарной схеме соединения четвертьволновых ответвителей

° на связайных линиях, в котором пеРеходные затухания ответвителей Различны и выбираются так, чтобы неравномерность деления мощностей в каналах была бы минимальна при условии равенства уровней наибольших значений иощности в заданной полосе частот (2) .

Однако коэффициент перекрытия диапазона рабочих частот 8-канального разделительно-суммирующего устройства по уровню +0,4 дБ составляет не более 1,8. 45

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является разделительно-суммирующее устройство, содержащее N-канальный делитель мощности и N-канальный сумматор мощнос- 5р ти, где Н = 2, Р— целое число, выполненные в виде бинарного соединения (N-1) направленных ответвителей, нагруженных на 2x(N-1) балластных Резисторов, и Нагрузку при этом 55 выходы N-канального делителя мощности и входы И-канального сумматора мощности соединенн через усилитель, а.нагрузка подключена к выходу N êàнального сумматора мощности, при этом вход N-канального делителя мощности является входом разделительносуммирующего устройства (31 .

Однако известное разделительносуммирующее устройство может быть

65 реализовано лишь на симметричных квадратурных, синфаэных или. противофазных ответвителях, которые не позволяют обеспечить рабочую полосу более октавы.

Целью изобретения является расширение диапазона рабочих частот путем снижения потерь расфазирования .сигналов на .его границах.

Цель достигается тем, что в разделительно-суммирующем устройстве, содержащем cooTветствеíно N канальный делитель мощности и N -канальный сумматор мощности, где N = 2, Р— целое число, выполненные в виде бинарного соединения (N-1) направленных ответвителей, нагруженных на 2x(N-1) бал1 ластных резисторов, и нагрузку, при этом выходы N-канального делителя мощности и входы N-.канального сумматора мощности соединены через усилители, а нагрузка подключена к выходу .N-канального сумматора мощности, при этом вход Б-канального делителя мощности является входом разделительно-,суммирующего устройства, каждый направленный ответвитель выполнен несимметричным на связанных первичной и вторичной линиях с сильносвязанным,и слабосвязанным участками на концах, при этом сильносвязанный конец первичной линии и слабосвязанный конец вторичной линии являются входами направленного ответвителя, а. сильносвязанный койец вторичной линии и слабосвязанный конец первичной линии — его выходами, причем балластные резисторы подключ е ны к слаб освя э а иным ко нцам вторичных линии, а входом N-канального делителя мощности и выходом

N-канального сумматора мощности являются сильносвязанные концы первичных линий соответствующих направленных ответвителей.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого разделительно-суммирующего устройства; на фиг. 2 — несимметричный ответвитель; на фиг. 3 - его функция связи K(x.); на фиг. 4 и 5 поперечное .сечение связанных полосковых. линий; на фиг. 6 — функция связи к(x) двухсекционного направленного,ответвителя; на фиг. 7 — функция связи трехсекционного несимметричного направленного ответвителя; на фиг. 8 — функция связи несимметричного направленного ответвителя на неоднородных линиях; на фиг. 9 относительные геометрические размеры двухсекционного направленного ответвителя; на фиг. 10 — размеры трехсекционного несимметричного направленного ответвителя", на фиг. 11— размеры несимметричного направленного ответвителя на неоднородных линиях; иа фиг. 12 - частотная харак1075372 теристика суммарной нормированной мощности в нагрузке.

Разделительно-суммирующее устройство (фиг. 1 содержит N-канальный делитель 1 мощности, усилители

2, N-канальный сумматор 3 мощности (на фиг. 1 N = 4), при этом N-канальный .делитель 1 мощности и N-канальный сумматор 3 мощности выполнены в.виде бинарного соединения несимметричных направленных ответвителей

4 и 5 соответственно. Каждый направленный ответвитель 4 и 5 имеет первичную и вторичную линии 6 и 7, у этих .первичных и вторичных линий б и 7 следует различать сильносвя- 15 эанный и слабосвязанный участки 8 и 9. К выходам вторичных линий 7 упомянутых слабосвязанных участков

9 всех направленных ответвителей

4 и 5 подключены балластные резисторы 10. Усилители 2 включены между выходами N-канального делителя 1 мощности и входами N-.êàíàëüíîãî сумматора 3 мощности. Свободные выходы сильносвязанного участка 8 направ- 25 ленного ответвителя 4 в N-канальном делителе 1 мощности и направленного ответвителя 5 в Б-канальном сумматоре 3 мощности являются соответствен. но входом 11 Н-канального делителя 1 мощности и выходом 22 N-канального сумматора 3 мощности, соединенного с нагрузкой 13. Величина сопротивления нагрузки 13, а также величины балластных резисторов 10 выбираются равными величине волнового сопротив- З5 ления фидерного тракта со стороны

N-канального делителя 1 мощности или

N-канального сумматора 3 мощности соответственно. Первичная линия б каждого иэ направленных ответвите- 40 лей 4 и 5 (фиг. 2) связана с вторичной линией 7 электромагнитным полем.

Степень связи линий характеризуется функцией связи К(х) (фиг. 3), изменяющейся от координаты х, где x = 1/Ь -45 нормированная к Ь текущая координата точки вдоль направленного ответвителя, L — общая длина участка взаимо действия первичной и вторичной линий

При этом Функция связи рассчитывает- 5О ся как

Для практической реализации разделительно-суммирующего устройства, обеспечивающего в печатном исполнении суммирование достаточно высоких ,уровней мощности, целесообразно использовать экранированные связанные полосковые линии с частичным перекрытием широких сторон полосок (фиг.4— наложение; Фиг. 5 — зазор) .

Такая структура позволяет обеспечить изменяющуюся в широких пределах функцию связи первичной и вторичной линий 0 (k(x)<0,95) при неизменных расстояних мех:ду заземленными пластинами ъ и толщине прокладки s между линиями. При этом обеспечивается рави мерное деление мощности по каналам N-канального делителя 1 мощности (т.е. равномерное возбуждение усилителей 2), согласование источника с входом 11 и нагрузки 13 с выходом Б-канального сумматора 3 мощности, фаэирование сигналов усилителей 2 в нагрузке 13 в широкой полосе частот.

Таким образом, предлагаемое устройство перекрывает значительный дйапазон рабочих частот, достигающий трех октав, что существенно расширяет сферу применения разделительносуммирующих устройств. в широкополосных усилителях и передатчиках СВЧ-диапазона, а также позволяет отказаться от применения комплекта узкополосных делителей и сумматоров, перекрывающих широкую полосу частот ло частям. где Ь(х), С(х) — собственные; 55

Ь (х), С (х) - взаимные погонные параметры линий.

Устройство работает следующим образом.

Пусть к входу 11 N-канального де- Я) лителя 1 мощности подводится широкополосный сигнал. С помощью N-канального делителя 1 мощности этот сигнал делится на 0 равных частей с неэначи тельной неравномерностью в полосе 65

,(} Ь (х) Ср(х( х частот. После усиления усилителямй

2 сигналы складываются в общей нагрузке 13 Я-канальным сумматором 3 мощности. Несимметричные направленные ответвители 4 и 5 (фиг. 2) характеризуются неодинаковыми фазовыми сдвигами сильносвязанного и слабосвязанного участков 8, 9 (фиг. 1). Дпя обеспечения фазирования сигналов каждого иэ усилителей 2 в нагрузке 13 необходимо выходы направленных ответвителей

4, 5 N-канального делителя 1 мощнос- ти и входы Н-канального сумматора 3 мощности соединить между собой так, чтобы число выходов первичных линий б со слабосвязанными участками 9 и выходов вторичных линий 7 с сильносвязанными участками 8 в каждом канале сложения мощностей было бы равно log N. При этом лишь в случае монотонного убывания функции связи

k(х) (ступенчатого или нЕпрерывного характера) обеспечивается как фазирование сигналов усилителей 2 на нагрузке 13, так и поддержание неизменным волнового сопротивления первичной Z (х) и вторичной линии Z (х) (направленного ответвителя. в каждом сечении х линий (фиг. 2) () = (x) = Ь()/C(x) (2) 1075372

Экспериментально исследованы конструкции восьмиканальных устройств на несимметричных двух- и трехсекционных направленных ответвителях, а также с использованием несимметричных направленных ответчителей на неоднород- 5 ных линиях. Во всех конструкциях использовался материал ФАФ-4 и структура с частичным перекрытием широких сторон полосок (фиг. 4 и 5). Графические зависимости функции связи K(x) 10 при волновом сопротивлении тракта

50 Ом приведены на фиг. б — для случая двухсекционных направленных ответвителей; на фиг. 7 — для трехсекционных; на- фиг. 8 —; 15 ответвителей на неоднородных линиях.

На фиг. 9 - 11 представлены зависи-мости нормированных к расстоянию b ширины v полосок и зазора d. между ними при выбранном отношении толщины Я фторопластовой, прокладки к b:S/ü

0,025 (S Q 0,15 мм, ь = 6,15 мм) соответственно для двух-, трехсекционных- направленных ответвителей и направленных ответвителей на неоднородных линиях. На фиг. 12 приведены частотные характеристики нормированной суммарной мощности в нагрузке 13 при использовании трехсекционных направленных ответвителей в дециметровом диапазоне частот с перекрытием

rg/f> = б. Начальное затухание (фиг.. 12), равное 2,15 дБ, обусловлено наличием диссипативных потерь в проводниках и диэлектрике делите ля и сумматора, а завал характеристики в области верхних частот обусловлен влиянием высших типов колебаний.

Таким образом, технико-экойомическая эффективность достигается за счет существенного расширения диапазона.рабочих частот устройства.

1075372

1 (к) РХ

Фиг, 7 д и /В, d/Ô иi/Ю, g/3

Фиг /I

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная. 4

Составитель,В. Обровец

Редактор В. Иванова Техред T,Ìàòî÷êà, Корректор,М. Шарошй

Заказ 514/48 . Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-. 35, Раушская наб., д. 4/5