Устройство для изоляции входа и выхода коаксиальной линии по постоянному току

 

Использование: устройство относится к радиотехнике и предназначено для изоляции входа и выхода коаксиальной линии по постоянному току без внесения затухания в передаваемый СВЧ сигнал. Сущность изобретения: обеспечение надежной изоляции входа и выхода линии с ТЕМ волной без ослабления передаваемого СВЧ сигнала в широкой полосе до нескольких октав. В качестве отрезка линии с ТЕМ волной в устройстве для изоляции входа и выхода использована коаксиальная линия со сплошным центральным проводником, в котором выполнен продольный разрез. 5 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для изоляции входа и выхода коаксиальной линии по постоянному току без внесения затухания в передаваемый СВЧ сигнал.

Известно устройство для изоляции входа и выхода линии с ТЕМ волной, содержащее полосовой фильтр на двух связанных четвертьволновых линиях передачи, выполненных в виде разделенного продольным разрезом центрального проводника симметричной полосковой или широкополосковой линии передачи. (GB, заявка N 2153155, H 01 P 1/203, 1985).

Недостатком этого устройства является ограниченная частотная полоса, обусловленная слабой краевой связью полосковых (микрополосковых) проводников. Действительно, при боковой связи тонких полосковых (микрополосковых) проводников, используемых в аналоге, основная часть силовых линий поля концентрируется в пространстве между плоскими поверхностями проводников и заземленными пластинами, и лишь незначительная часть силовых линий связывает смежные края полосок при нечетном возбуждении. Связь между такими полосками даже при максимальном сближении, исключающем возможность касания, не удается сделать сильнее 10 12 дБ, что и ограничивает частотную полосу аналога, в лучшем случае, одной октавой.

Технической задачей изобретения является обеспечение надежной изоляции входа и выхода линии с ТЕМ волной без ослабления передаваемого СВЧ сигнала в широкой полосе, охватывающей несколько октав.

Сущность изобретения заключается в том, что в качестве отрезка линии с ТЕМ волной использована коаксиальная линия с объемным (сплошным) центральным проводником, при разрезе которого его части имеют большую площадь взаимодействия; в узком зазоре между обращенными друг к другу широкими плоскими поверхностями частей центрального проводника коаксиальной линии обеспечивается сильнейшая концентрация поля, при сравнительно слабом поле в пространстве между внешним и внутренними проводниками. При практически реализуемом зазоре порядка 0,06 мм коэффициент связи близок к максимальному значению (единице), чем и определяется широкополосность устройства, частотная полоса которого многократно превышает частотную полосу аналога. Действительно, при надежной изоляции по постоянному току входа и выхода коаксиальной линии, полоса пропускания предложенного устройства близка к рабочей полосе коаксиальной линии с аналогичными размерами поперечного сечения. Кроме того, предложенное устройство удобно для использования в стандартных коаксиальных линиях передачи, в виде сходства формы и размеров поперечного сечения, а следовательно, отсутствия нежелательных отражений.

На фиг. 1 изображен один из возможных вариантов устройства, продольный разрез; на фиг. 2 то же, поперечный разрез; на фиг. 3 другой вариант устройства, продольный разрез; на фиг. 4 и 5 то же, поперечные разрезы.

Устройство содержит два разделенных узким зазором проводника (1), выполненных в продольном разрезе центрального проводника коаксиальной линии (2). Обращенные друг к другу плоские поверхности (3) проводников имеют длину, равную четверти средней длины волны диапазона, и могут быть расположены как параллельно продольной оси устройства, так и наклонно к ней, в зависимости от выбранного варианта исполнения (фиг.1 5). Контактная изоляция проводников осуществляется, например, оксидированием соответствующих поверхностей или любым другим способом, с последующим склеиванием их нетокопроводным клеем для обеспечения механической жесткости. Один конец каждой из линий (1) разомкнут, другой нагружен на волновое сопротивление передающей линии. Разомкнутые линии расположены на противоположных концах области связи и обеспечивают таким образом разрыв цепи по постоянному току. Такое устройство является хорошо согласованным полосовым фильтром с очень широкой полосой пропускания. Действительно, выбором зазора между двумя обращенными друг к другу плоскими поверхностями проводников с "лицевой" связью можно обеспечить сколь угодно сильную связь, а следовательно, сколь угодно широкую полосу пропускания и высокий коэффициент передачи СВЧ сигнала. В этом легко убедиться, если учесть, что при малом зазоре волновое сопротивление выполненной таким образом области связи при синфазном возбуждении близко к удвоенному волновому сопротивлению одиночной коаксиальной линии с аналогичными размерами поперечного сечения, в то время как при противофазном возбуждении, из-за большой межпроводниковой емкости, волновое сопротивление составляет всего несколько процентов от этого сопротивления. Анализируя формулы 9 12 в [1] можно заметить, что коэффициент передачи в этом случае приближается к максимальному значению в очень широкой полосе частот, охватывающей несколько октав, так как коэффициенты a₀ и a₂ почти не отличаются от единицы, a₄ от нуля.

При этом, в условиях согласования, форма и размеры поперечного сечения области связи и примыкающих одиночных коаксиальных линий почти совпадают, так как волновое сопротивление фильтра равно полуразности волновых сопротивлений при синфазном и противофазном возбуждении. Более точное согласование, при необходимости, может быть достигнуто незначительным изменением размеров проводников в области связи. Устройство может быть выполнено на основе коаксиальной линии круглого, квадратного или любого другого поперечного сечения с объемным (сплошным) внутренним проводником. Оптимальной является наиболее часто используемая в технике СВЧ коаксиальная линия круглого поперечного сечения. В этом случае устройство обладает чистотой ТЕМ колебаний без жестких требований и симметрированию. Как показывают расчеты, не является критичной и ширина зазора между линиями. К примеру, в коаксиальной линии 7,0/3,04 мм изменение зазора в 5 раз (0,1 мм вместо 0,02 мм) приводит к изменению волнового сопротивления всего на 2,4 Ома (47 Ома вместо 49,4 Ома) при практически неощутимых изменениях коэффициента передачи и частотной полосы.

Таким образом, изобретение имеет существенно отличную от аналога конструкцию, обеспечивающую сильную связь четвертьволновыми отрезками полосового фильтра вместо двух расположенных в одной плоскости тонким полосковых (микрополосковых) проводников со слабой боковой связью, в нем использован разделенный продольным разрезом сплошной центральный проводник коаксиальной линии с сильной лицевой связью между широкими плоскими поверхностями проводников, разделенных узким зазором; характеризуется качественно иным распределителем поля ТЕМ волны, концентрирующимся в зазоре между плоскими поверхностями проводников, образованных в результате продольного разряда центрального проводника коаксиальной линии; имеет значительные преимущества в отношении частотной полосы, многократно превышающей полосу аналога.

В соответствии с настоящим предложением, разработаны, изготовлены и испытаны устройства, обеспечивающие изоляцию входа и выхода коаксиальной линии в каналах 7,0/3,04 мм (с полосой пропускания 0,9 18 ГГц) и 2,4/1,042 мм (с полосой пропускания 4 45 ГГц).

Коэффициент передачи в полосе пропускания около 0,98.

Полученные результаты хорошо согласуются с расчетными данными.

Устройство применимо в технике связи и контрольно-измерительной аппаратуре в области СВЧ и КВЧ и соответствует критерию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Устройство для изоляции входа и выхода коаксиальной пинии по постоянному току, содержащее отрезок линии с ТЕМ-волной, в центральном проводнике которого выполнен продольный разрез, разделяющий его на две связанные четвертьволновые пинии, отличающееся тем, что в качестве отрезка линии с ТЕМ-волной использована коаксиальная линия со сплошным центральным проводником.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5