Трехканальный делитель мощности

 

Использование: сверхвысокочастотные тракты и устройства. Сущность изобретения: устройство содержит диэлектрическую подложку, на которой размещены входной полосковый проводник, четыре отрезка трехпроводных линий, три четвертьволновых проводника, к концу каждого из которых подключен резистор, и выходной проводник, причем резисторы соединены между собой поводником. Выполнение каждого резистора из двух частей, расположенных параллельно и симметрично относительно четвертьволнового проводника, и подключение к нему каждого их них через отрезок трехпроводной линии, а также включение отрезка трехпроводной линии между входным полосковым проводником и четвертьволновыми проводниками обеспечивает увеличение широкополосности. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в СВЧ-трактах для деления мощности.

Известен делитель мощности, содержащий диэлектрическую подложку с размещенной на одной ее поверхности металлизацией, а на другой - полосковое разветвление с входом, соединенным с первыми концами первого, второго и третьего четвертьволновых металлических полосков, вторые концы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами, и с первыми выводами первого, второго и третьего развязывающих резисторов и первыми концами отрезков полосковых линий, вторые концы которых заключены на металлизацию, вторые выводы которых соединены между собой.

Недостатком известного устройства является недостаточная широкополосность из-за резонансных характеристик короткозамкнутых отрезков полосковых линий и асимметрии топологии развязывающих резисторов.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является трехканальный делитель мощности, содержащий разветвление полосковых линий, выходы которых соединены с выходами делителя через четвертьволновые отрезки линий передачи, причем к выходам делителя подключены первые выводы развязывающих резисторов, вторые выводы которых соединены между собой на дополнительной плате.

Недостатком прототипа является недостаточная широкополосность из-за ограниченной широкополосности четвертьволновых отрезков линии передачи и асимметрии топологии развязывающих резисторов.

Целью изобретения является увеличение широкополосности.

Это достигается тем, что в трехканальный делитель мощности, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено заземляющее основание, а на другой стороне - входной полосковый проводник, три четвертьволновых проводника, к концу каждого из которых одним концом подключен резистор, а другие концы резисторов соединены проводником, расположенным перпендикулярно четвертьволновым проводникам и расположенным в месте пересечения со средним из них на диэлектрической плате, размещенной на другой стороне диэлектрической подложки, и выходные полосковые проводники, дополнительно введены четыре отрезка трехпроводных линий длиной λ / 16 - λ / 32, одни концы проводников первого из которых подключены ко входному проводнику, а другие концы соединены с началами четвертьволновых проводников соответственно, и соединены между собой перемычками, остальные отрезки трехпроводных линий одними концами их проводников подключены к выходным полосковым проводникам соответственно, а их другие концы соединены перемычками между собой и другой конец среднего проводника каждого отрезка остальных трехпроводных линий подключен к концу соответствующего четвертьволнового проводника, причем резистор, соединенный со средним четвертьволновым проводником, выполнен из двух одинаковых частей, включенных параллельно, расположенных параллельно и симметрично относительно среднего четвертьволнового проводника и одними концами частей подключен к вторым концам крайних проводников соответствующей трехпроводной линии, каждый из остальных резисторов одним концом подключен к другому концу крайнего проводника соответствующего отрезка трехпроводной линии, а проводник, соединяющий вторые концы резисторов, выполнен в виде двух Г-образных полосковых проводников, размещенных на другой стороне диэлектрической подложки.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенное заявленное устройство отличается тем, что дополнительно введены четыре отрезка трехпроводных линий длиной λ / 16 - λ / 32, одни концы проводников первого из которых подключены к входному проводнику, а другие концы соединены с началами четвертьволновых проводников соответственно и соединены между собой перемычками, остальные отрезки трехпроводных линий одними концами их проводников подключены к выходным полосковым проводникам соответственно, а их другие концы соединены перемычками между собой и другой конец среднего проводника каждого отрезка остальных трехпроводных линий подключен к концу соответствующего четвертьволнового проводника, причем резистор, соединенный со средним четвертьволновым проводником, выполнен из двух одинаковых частей, включенных параллельно, расположенных параллельно и симметрично относительно среднего четвертьволнового проводника и одними концами частей подключен к вторым концам крайних проводников соответствующей трехпроводной линии, каждый из остальных резисторов одним концом подключен к другому концу крайнего проводника соответствующего отрезка трехпроводной линии, а проводник, соединяющий вторые концы резисторов, выполнен в виде двух Г-образных полосковых проводников, размещенных на другой стороне диэлектрической подложки.

Техническим обоснованием заявленного устройства является то, что отрезки трехпроводных линий длиной λ / 16 - λ / 32 с металлическими перемычками являются низкодобротными контурами, образованными емкостью стыка отрезков трехпроводной линии с четвертьволновым проводником, индуктивностью металлической перемычки - тонкой металлической проволоки, отрезком трехпроводной линии и стыком трехпроводной линии с микрополосковой.

Такое построение позволяет "стабилизировать" электрическую длину четвертьволновых проводников и тем самым увеличить широкополосность устройства за счет того, что на высоких частотах увеличивается компенсирующая роль индуктивных элементов низкодобротных контуров. Стык трехпроводной линии с четвертьволновым проводником вносит меньшую емкостную неоднородность, чем скачок ширины микрополосковой линии. Кроме того, узкие полоски отрезка трехпроводной линии, закороченные микрополосковой линией, образуют отрезок "копланарной" линии, который имеет индуктивное входное сопротивление, которое с увеличением частоты возрастает, т.е. четвертьволновые отрезки нагружены с обеих сторон низкодобротными контурами. Увеличить широкополосность позволило также выполнение второго развязывающего резистора из двух идентичных частей, расположенных симметрично по обе стороны второго четвертьволнового проводника, а также использование первого и второго контактов и первой и второй Г-образных пластин для симметричного соединения развязывающих резисторов и расположение их на участке второго четвертьволнового проводника, размещение перемычки перпендикулярно второму четвертьволновому проводнику. Перемычка и первая и вторая Г-образные пластины образуют ФНЧ с граничной частотой f_c=2f_р, где f_р - рабочая частота.

Дополнительным условием увеличения широкополосности является требование, чтобы расстояние между внешними гранями полосков отрезка трехпроводной линии передачи было равно ширине входного или выходных полосковых проводников, а ширина полосков равна ширине четвертьволновых проводников.

Наряду с увеличением широкополосности предложенное устройство имеет улучшенную идентичность деления мощности и развязки выходов за счет повышенной степени симметрии топологии, улучшенное согласование входов за счет использования отрезков трехпроводной линии с индуктивными перемычками и минимальных длин развязывающих резисторов.

На чертеже представлена топология трехканального делителя мощности.

Он содержит диэлектрическую подложку 1, металлизацию или заземляющее основание 2, первый, второй и третий четвертьволновые проводники 3-5, первый, второй и третий (развязывающие) резисторы 6-8, первую и вторую части второго резистора 9, 10, первый, второй, третий и четвертый отрезки трехпроводных линий передачи 11-14, первую, вторую, третью и четвертую металлические перемычки 15-18, проводник 19, диэлектрическую плату 20, первый и второй контакты 21 и 22, первую и вторую Г-образные полосковые проводники 23 и 24, первые полоски 25 и 26 первой и второй Г-образных пластин полосковых проводников, вторые полоски 27 и 28 первой и второй Г-образных пластин полосковых проводников.

Трехканальный делитель мощности работает следующим образом.

При возбуждении трехканального делителя мощности с входа через отрезок трехпроводной линии 11 с первой перемычкой 15 входы первого 3, второго 4 и третьего 5 четвертьволновых проводников становятся эквипотенциальными, а электромагнитные волны на их выходах синфазными. Синфазные электромагнитные волны с выходов первого 3, второго 4 и третьего 5 четвертьволновых проводников, расположенных на диэлектрической подложке 1 с металлизацией 2 и образующих отрезки микрополосковых линий, поступают на входы второго 12, третьего 13 и четвертого 14 отрезков трехпроводных линий передачи с второй 16, третьей 17 и четвертой 18 перемычками, выходы второго 12, третьего 13 и четвертого 14 отрезков трехпроводной линии передачи являются выходами трехканального делителя мощности. Электромагнитные волны, отраженные от выходов трехканального делителя мощности (с нагрузками), рассеиваются в первом 6, втором 7 и третьем 8 резисторах, соединенных между собой с помощью первой 23 и второй 24 пластин Г-образных полосковых проводников и проводника 19, изолированного от второго четвертьволнового проводника 4 с помощью диэлектрической платы 20.

При возбуждении трехканального делителя мощности с входа ток через резисторы 6-8 не протекает и мощность в нем не выделяется. Вся мощность делится поровну и передается на входы через второй, третий и четвертый отрезки 12-14 трехпроводной линии передачи. При возбуждении трехканального делителя мощности со стороны одного из выходных плеч, например через второй отрезок 12 трехпроводной линии передачи, на входах отрезков 13 и 14 трехпроводной линии сигнал проходит через четвертьволновые металлические полоски и через развязывающие резисторы. Разность фаз сигналов, прошедших эти пути, равна 180^о. Сопротивление резисторов обеспечивает равенство амплитуд указанных противофазных сигналов. Таким образом, напряжение на двух других выходах равно нулю, а мощность, поступающая через отрезок 12 трехпроводной линии передачи, частично поглощается резисторами 6-8 и частично поступает на вход через отрезок 11 трехпроводной линии передачи.

Выполнение второго резистора 7 в виде первой 9 и второй 10 идентичных частей обеспечивает отсутствие неоднородностей на пути распространения электромагнитных волн и незначительное поглощение во втором четвертьволновом проводнике 4, а отсутствие неоднородностей из-за симметричного расположения первой 9 и второй 10 идентичных частей второго резистора 7 обеспечивает дополнительное увеличение широкополосности. Широкополосность также обеспечивается за счет режима работы четвертьволновых отрезков линии передачи, образованных четвертьволновыми проводниками 3-5, оба конца которых нагружены на низкодобротные контуры, образованные отрезками трехпроводных линий 11-14 и концов четвертьволновых проводников 3-5.

Экспериментальные исследования макета показали, что полоса рабочих частот по неравномерности деления ± 0,5 дБ - от 1,5-4 ГГц, КСВ<1,2, развязка >20 дБ. Прототип обеспечивает рабочую полосу от 1,8 до 2,8 ГГц.

Формула изобретения

ТРЕХКАНАЛЬНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещено заземляющее основание, а на другой стороне - входной полосковый проводник, три четвертьволновых проводника, к конце каждого из которых одним концом подключен резистор, а другие концы резисторов соединены проводником, расположенным перпендикулярно четвертьволновым проводникам и расположенным в месте пересечения со средним из них на диэлектрической плате, размещенной на другой стороне диэлектрической подложки, и выходные полосковые проводники, отличающийся тем, что, с целью увеличения широкополосности, дополнительно введены четыре отрезка трехпроводных линий длиной λ / 16 - λ / 32 , одни концы проводников первого из которых подключены к входному проводнику, а другие концы соединены с началами четвертьволновых проводников соответственно и между собой перемычками, остальные отрезки трехпроводных линий одними концами их проводников подключены к выходным полосковым проводникам соответственно, а их другие концы соединены перемычками между собой и другой конец среднего проводника каждого отрезка остальных трехпроводных линий подключен к концу соответствующего четвертьволнового проводника, причем резистор, соединенный со средним четвертьволновым проводником, выполнен из двух одинаковых частей, включенных параллельно, расположенных параллельно и симметрично относительно среднего четвертьволнового проводника, и одними концами частей подключен к вторым концам крайних проводников соответствующей трехпроводной линии, каждый из остальных резисторов одним концом подключен к другому концу крайнего проводника соответствующего отрезка трехпроводной линии, а проводник, соединяющий вторые концы резисторов, выполнен в виде двух Г-образных полосковых проводников, размещенных на другой стороне диэлектрической подложки.

РИСУНКИ

Рисунок 1