Малогабаритный ступенчатый трансформатор волновых сопротивлений

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к устройствам согласования линий передачи (ЛП) с различными волновыми сопротивлениями. Техническим результатом является увеличение рабочей полосы частот и уменьшение длины трансформатора волновых сопротивлений (ТВС). Малогабаритный ТВС содержит каскадное включение четного числа отрезков линий передачи с двумя чередующимися значениями волновых сопротивлений ρ₀ и ρ₀R, равных волновым сопротивлениям согласуемых ЛП. Длина первого отрезка ЛП равна длине последнего отрезка ЛП, длина второго равна длине предпоследнего и т.д. На входе и выходе ТВС включены шлейфы. На входе - параллельно включен короткозамкнутый шлейф с волновым сопротивлением ρ_кз. На выходе - последовательно включен разомкнутый шлейф с волновым сопротивлением ρ_хх. Длины шлейфов выполнены равными друг другу, при этом волновые сопротивления шлейфов связаны с волновыми сопротивлениями согласуемых линий передачи соотношением ρ_кзρ_хх=ρ² ₀R. 1 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к устройствам согласования линий передачи (ЛП) с различными волновыми сопротивлениями. Изобретение может быть использовано в СВЧ-аппаратуре.

Среди трансформаторов волновых сопротивлений (ТВС) на основе одиночных ЛП с Т-волнами простейшим является одноступенчатый ТВС. Он образован из одного отрезка однородной ЛП длиной l=λ_cp/4, где λ_ср - средняя длина волны рабочего диапазона частот, с волновым сопротивлением равным корню квадратному из произведения волновых сопротивлений согласуемых ЛП (Рибле Р.Н. Общий синтез четвертьволновых трансформаторов полного сопротивления // Вопросы радиолокационной техники. - 1975. - №.4(40), С.13-14).

Достоинством одноступенчатого ТВС является простота конструкции, недостатком - узкая полоса рабочих частот.

Для расширения рабочей полосы частот используются более сложные многоступенчатые и плавные ТВС (Коллин Р. Теория и расчет широкополосных многосекционных четвертьволновых трансформаторов // Вопросы радиолокационной техники. - 1955. №.5(29), С.88-100; Фельдштейн А.Л. К расчету оптимального плавного перехода // Радиотехника. - 1959. - Т.14, №3. - С.40-46; Мещанов В.П., Салий С.А., Цоц И.А., Шикова Л.В. Синтез ступенчатых переходов II класса // Радиотехника и электроника. - 1984. - Т.29, №10. - С.1896-1905).

Длина таких ТВС при λ_cp>50 см может достигать слишком больших значений, это является их недостатком.

Для уменьшения длины многоступенчатых ТВС используются немонотонные структуры и структуры со шлейфами (Мещанов В.П., Салий С.А., Цоц И.А., Шикова Л.В. Синтез ступенчатых переходов II класса //Радиотехника и электроника. - 1984. - Т.29, №10. - С.1896-1905; Мещанов В.П., Разукова И.А., Тупикин В.Д. Новая структура малогабаритных ступенчатых трансформаторов волновых сопротивлений // Радиотехника и электроника. - 1991. - Т.36, №8. - С.1492-1496; Мещанов В.П., Разукова И.А., Тупикин В.Д. Ступенчатые трансформаторы на основе линий передачи с Т-волнами // IEEE Trans. - 1996. - Vol. MTT-44, No 6. - P.793-798; Mattaei G.L. Short-step chebychev impedance transformers // IEEE Trans. - 1966. - Vol. MTT-14, No 8. - P.372-383; Levy R. Synthesis of mixed lumped and distributed impedance-transforming filters // IEEE Trans. - 1971. - Vol. MTT-//IEEE Trans. - 1986.- Vol. MTT-34, No 8. - P.863-868; Mayer K. Synthese von optimalen mehrstufigen λ /4-Transformatoren mit Stichleitungen // AEÜ. - 1971. - Band 25, Heft 2, No 2. - S.62-68).

Трансформатор волновых сопротивлений на основе

Наиболее близким к предлагаемому является малогабаритный ТВС, выполненный на основе каскадного включения четного числа отрезков линий передачи с двумя чередующимися значениями волновых сопротивлений, равными значениям волновых сопротивлений ρ₀ и ρ₀Р согласуемых линий передачи, и длинами, связанными условием антиметрии. (См.: Мещанов В.П., Салий С.А., Цоц И.А., Шикова Л.В. Синтез ступенчатых переходов II класса // Радиотехника и электроника. - 1984. - Т.29, №10. - С.1896-1905.)

Достоинством этого ТВС является то, что при его изготовлении надо реализовать только два значения волновых сопротивлений, равных волновым сопротивлениям согласуемых ЛП. Однако для расширения рабочей полосы частот необходимо увеличивать количество ступеней, что приводит к увеличению длины ТВС.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение рабочей полосы частот при уменьшение длины трансформатора волновых.

Поставленная задача решается тем, что в малогабаритном ТВС на основе каскадного включения четного числа отрезков линий передачи, связанных условием антиметрии: с двумя чередующимися значениями волновых сопротивлений, равными значениям волновых сопротивлений ρ₀ и ρ₀R согласуемых линий передачи, при этом длина первого отрезка равна длине последнего, длина второго равна длине предпоследнего и т.д, согласно решению на его входе и выходе включены шлейфы, на входе параллельно включен короткозамкнутый шлейф с волновым сопротивлением ρ_кз, на выходе последовательно включен разомкнутый шлейф с волновым сопротивлением ρ_хх, длины шлейфов выполнены равными друг другу, при этом волновые сопротивления шлейфов связаны с волновыми сопротивлениями согласуемых линий передачи соотношением ρ_кзρ_хх=ρ² ₀R.

Изобретение поясняется чертежом, на котором приведено схематическое изображение предлагаемого ТВС, содержащего каскадное включение четырех отрезков линий передачи (m=4), где

1 - вход ТВС; 2 - выход ТВС; 3 - первый отрезок однородной одиночной ЛП;

4 - второй отрезок однородной одиночной ЛП; 5 - третий отрезок однородной одиночной ЛП; 6 - четвертый отрезок однородной одиночной ЛП;

7 - параллельно включенный короткозамкнутый шлейф;

8 - последовательно включенный разомкнутый шлейф.

Трансформатор волновых сопротивлений состоит из двух отрезков однородных одиночных линий передачи 3 и 6, имеющих одинаковые длины l₁ и волновые сопротивления ρ₀R и ρ₀, двух отрезков однородных одиночных линий передачи 4 и 5, имеющих одинаковые длины l₂ и волновые сопротивления ρ₀ и ρ₀R, и шлейфов 7 и 8. Вход 1 имеет волновое сопротивление ρ₀. Выход 2 имеет волновое сопротивление ρ₀R.

Предлагаемый ТВС работает следующим образом: высокочастотная мощность поступает на вход 1, распространяется по отрезкам 3-8. Большая часть мощности поступает на выход 2. Меньшая часть мощности из-за неидеального согласования отражается на входе 1.

В таблицах 1, 2 для предлагаемого четырехступенчатого ТВС и восьмиступенчатого прототипа, имеющих в рабочей полосе частот максимальное значение модуля коэффициента отражения, равное 0.03, для трех значений перепадов согласуемых волновых сопротивлений приведены: отношение граничных частот рабочего диапазона θ₂/θ₁, длины отрезков однородных одиночных ЛП и общая длина L/λ_ср.

Таблица 1.
Предлагаемый ТВС
R	1.5	3	10
θ2/θ1	5.3940	2.6682	2.1385
|Г|макс	0.03	0.03	0.03
l1/λcp	0.0439	0.0372	0.0226
l2/λcp	0.1130	0.1085	0.0978
L/λcp	0.3138	0.2914	0.2408

Таблица 2.
Прототип
R	1.5	3	10
θ2/θ1	3.767	2.6169	2.0572
|Г|макс	0.03	0.03	0.03
l1/λср	0.0284	0.0175	0.0085
l2/λcp	0.1685	0.1694	0.1490
l3/λcp	0.0715	0.0557	0.0316
l4/λcp	0.1228	0.1106	0.0783
L/λcp	0.7824	0.7064	0.5348

Из табл.1, 2 видно, что предлагаемый ТВС широкополоснее и имеет меньшую длину по сравнению с прототипом.

Трансформатор волновых сопротивлений на основе каскадного включения четного числа отрезков линий передачи с двумя чередующимися значениями волновых сопротивлений, равными значениям волновых сопротивлений ρ₀ и ρ₀R согласуемых линий передачи, при этом длина первого отрезка равна длине последнего, длина второго равна длине предпоследнего и т.д., отличающийся тем, что на его входе и выходе включены шлейфы, на входе параллельно включен короткозамкнутый шлейф с волновым сопротивлением ρ_кз, на выходе последовательно включен разомкнутый шлейф с волновым сопротивлением ρ_хх, длины шлейфов выполнены равными друг другу, при этом волновые сопротивления шлейфов связаны с волновыми сопротивлениями согласуемых линий передачи соотношением ρ_кзρ_хх=ρ² ₀R.