Сверхвысокочастотный направленный ответвитель

 

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ. Технический результат заключается в упрощении конструкции. Сущность изобретения состоит в том, что в ответвителе, содержащем включенные тандемно чередующиеся пары отрезков, распределенно связанных и одиночных однородных линий, длины отрезков в каждой из пар отрезков одиночных однородных линий выполнены неравными, причем разность длины отрезков уменьшается от пары к паре, а длины отрезков распределенно связанных линий возрастают от пары к паре, и поперечные сечения всех отрезков распределенно связанных линий выполнены одинаковыми. 4 ил.

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ, а более конкретно - к устройствам фильтрации и направленного ответвления энергии СВЧ-колебаний, и может быть использовано для реализации фильтров гармоник, широкополосных мостов, направленных ответвителей с Т-волнами.

Известно тандемное устройство СВЧ-широкополосный направленный ответвитель (НО), описанное в статье А.А.Шапошникова "Широкополосные направленные ответвители ТЕМ-волны" в научно-техническое сборнике "Электронная техника", серия "Электроника СВЧ", 1974 г., №7, стр.60-66. Устройство состоит из включенных тандемно отрезков распределенно связанных линий с уравновешенной связью. Отрезки связанных линий соединены между собой посредством пар отрезков несвязанных линий равной длины. Длины отрезков связанных линий относятся как 1:3:5.... Коэффициенты связи этих отрезков связаны соотношением К₁ >К₂>К₃>....

В отличие от простейших узкополосных тандемных устройств, в которых длины отрезков однородных связанных линий равны друг другу, и коэффициенты связи К_i отрезков выполнены одинаковыми (К_i =К), в описанном устройстве с целью расширения рабочей полосы частот на электрические длину наложены специальные вышеуказанные ограничения, при которых значительно возрастает коэффициент связи одного из отрезков (К₁>К). Ценой этих ограничений удается расширить рабочую полосу частот. Отметим, что упомянутое выше простейшее (классическое) тандемное устройство описано в статье ″Tandem couplers and phase schifters″, журнал ″Microwaves″, april, 1965, р.р.14-19.

Главным недостатком устройства, описанного в работе А.А.Шапошникова, является слишком большая величина К₁, значительно усложняющая реализацию устройства, в особенности в случаях, когда требуется получить полную передачу мощности из основной линии во вспомогательную, не связанную с основной по постоянному току. Этот случай соответствует переходному ослаблению С_о=0 дБ. Вызывает затруднения при использовании вышеописанного устройства и один из распространенных на практике случай С_о=5 дБ. Таким образом, здесь достигается расширение рабочей полосы частот, но теряется главное преимущество классического тандемного устройства - простота реализации отрезков связанных линий в силу малости их коэффициентов связи К.

Желательно иметь такое тандемное устройство, в котором бы сочеталась малость коэффициентов связи (простота конструкции) классических тандемных устройств с широкополосностью устройств, описанных в работе А.А.Шапошникова.

Таким образом, целью предлагаемого изобретения является уменьшение коэффициентов связи в отрезках связанных линий и упрощение конструкции.

Эта цель достигается следующим образом. Ограничение, свойственное устройству А.А.Шапошникова и определяющее отношение длин отрезков связанных линий как 1:3:5..., снимается. Варьируемые параметры К₁, К₂, К₃, исключаются из процесса формирования оптимальной (широкополосной) частотной характеристики устройства, поскольку они приводят к нежелательному росту величины К₁ и, как следствие, к усложнению конструкции. Вместе с тем вводится ограничение К₁=К₂=К ₃=...=К, которое, как показали расчеты, приводит к уменьшению К₁; кроме того, указанное ограничение существенно упрощает конструкцию (и технологию изготовления) устройства - отрезки связанных линий становятся однотипными. Как показал анализ устройства, введение вышеуказанного ограничения не позволяет построить широкополосные амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) тандемного устройства вследствие того, что тело варьируемых параметров, участвующих в формировании АЧХ, уменьшилось. С целью достижения широкополосных АЧХ предлагается ввести новые варьируемые параметры, реализующиеся без конструктивных и технологических осложнений и, главное, не влияющие на величину коэффициентов связи К.

В качестве таких параметров введены разности ϕ_i (i=1, 2, 3...) длин отрезков несвязанных линий в каждой из пар таких отрезков, соединяющих между собой соседние пары отрезков связанных линий. Как показали расчеты, абсолютные величины длин этих отрезков не влияют на АЧХ устройства, в то же время их разность ϕ_i оказывает существенное влияние на АЧХ, т.е. является варьируемым (действующим) параметров, участвующим в формировании широкополосной АЧХ тандемного устройства. Вместе с тем установлено, что для достижения оптимальной (широкополосной) АЧХ требуется определенное соотношение длин ϕ_i, причем ϕ₁>ϕ₂>ϕ₃>.... Таким образом, для достижения поставленной цели длины отрезков связанных и одиночных линий выполнены отличающимися друг от друга так, что длина одного из отрезков в каждой из пар отрезков одиночных линий выполнена большей, чем длина второго отрезка, на строго определенную для данной пары отрезков величину, которая возрастает в каждой следующей паре отрезков одиночных линий, при этом длина одного из отрезков задана произвольно, а размеры поперечного сечения всех отрезков связанных линий выполнены одинаковыми.

Данное изобретение поясняется чертежом, где один из вариантов предложенного устройства - направленный ответвитель содержащий два отрезка связанных линий, соединенных парой отрезков несвязанных линий, схематически изображен в разрезе (фиг.1, 2, 3) и в сечении (фиг.4). Ответвитель содержит "короткий" отрезок двух связанных линий 1 и "длинный" отрезок двух связанных линий 2, которые соединены между собой "коротким" отрезком одиночных линий 3 и "длинным" отрезком одиночных линий 4. Связанные линии выполнены на основе полосковых линий с круглыми внутренними проводниками. Одиночные линии представляют собой круглые коаксиалы. В одну из одиночных линий с целью увеличения ее электрической длины введено твердое диэлектрическое заполнение 5 с ε>1. Ответвитель имеет четыре подводящих линии 6, 7, 8, 9, которые заканчиваются СВЧ-разъемами (не показаны). Конструктивно содержит следующие основные элементы: корпус 10, крышки 11, 12, повороты одиночных коаксиальных линий, которые состоят из двух симметричных половин 13, 14 и 15, 16, внутренние проводники 17, 18.

Таким образом, отрезки связанных линий имеют совершенно одинаковые (см. фиг.4) поперечные сечения и отличаются друг от друга только геометрическими длинами. Это свойство НО обеспечивает единство конструкции и технологии изготовления отрезков связанных линий. Необходимая разность электрических длин отрезков одиночных линий 3 и 4 достигается простыми средствами - "короткий" отрезок связанных линий 1 смещается влево относительно середины корпуса 10. В результате справа от этого отрезка образуется "длинный" отрезок одиночных линий 4, а слева - "короткий" 3. При необходимости сокращения геометрических длин отрезков одиночных линий из конструктивных соображений в отрезок 4 вводится твердое диэлектрическое заполнение 5, которое одновременно играет роль опорного изолятора.

Предложенное техническое решение, таким образом, делает конструкцию и технологию изготовления тандемных устройств более простыми по сравнению с конструкцией прототипа и обеспечивает уменьшение коэффициента связи в отрезках связанных линий по сравнению с К₁ в прототипе в силу идентичности поперечных сечений отрезков связанных линий. Вместе с тем, в силу того что предложенное устройство содержит необходимое число варьируемых параметров (разности электрических длин отрезков несвязанных линий и электрические длины связанных линий), его АЧХ обладает широкополосностью, свойственной прототипу.

Формула изобретения

Сверхвысокочастотный направленный ответвитель, содержащий включенные тандемно чередующиеся пары отрезков распределенно связанных и одиночных однородных линий, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, длины отрезков в каждой из пар отрезков одиночных однородных линий выполнены неравными, причем разность длины отрезков уменьшается от пары к паре, а длины отрезков распределенно связанных линий возрастают от пары к паре и поперечные сечения всех отрезков распределенно связанных линий выполнены одинаковыми.

РИСУНКИ