Трансформатор волновых сопротивлений со шлейфами

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к устройствам согласования линий передачи (ЛП) с различными волновыми сопротивлениями. Технический результат заключается в уменьшении числа неоднородностей в структуре трансформатора волновых сопротивлений (ТВС) при сохранении широкополосности. В трансформаторе волновых сопротивлений, содержащем каскадное включение двух отрезков линий передачи с параллельно включенными на их правых концах разомкнутыми шлейфами, отрезки линий передачи имеют разные длины l₁, l₂ и одинаковые волновые сопротивления Z₁, шлейфы имеют разные длины l₃, l₄ и одинаковые волновые сопротивления Z₂, при этом l₁<l₂, l₃=l₂/2, l₄=l₁/2, , где R>1 - перепад согласуемых волновых сопротивлений. 1 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к устройствам согласования линий передачи (ЛП) с активными волновыми сопротивлениями Z₀ и Z₀R для R>1. 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_ср/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-20, No 3. - P.223-233; Vander Walt P.W. Short-stop-stub Chebychev impedance transformers // IEEE Trans. - 1986. - Vol. MTT-34, No 8. - P.863-868; Mayer K. Synthese von optimalen mehrstufigen λ/4-Transformatoren mit Stichleitungen // АЕÜ. - 1971. - Band 25, Heft 2, No 2. - S.62-68). Недостатком этих структур является большой перепад волновых сопротивлений.

Наиболее близким к предлагаемому является малогабаритный ТВС, выполненный на основе каскадного включения двух отрезков линий передачи и двух разомкнутых шлейфов, включенных параллельно (См.: Vander Walt P.W. Short-stop-stub Chebychev impedance transformers // IEEE Trans. - 1986. - Vol. MTT-34, No 8. - P.863-868).

Достоинством этого ТВС является то, что уменьшить перепад волновых сопротивлений при его изготовлении можно за счет замены шлейфа с меньшим значением волнового сопротивления двумя одинаковыми шлейфами с вдвое большим значением волнового сопротивления. Недостатком этого трансформатора является большое число неоднородностей, возникающих при включении отрезков линий передачи и шлейфов с разными значениями волновых сопротивлений. В двухступенчатом трансформаторе число таких неоднородностей равно 4. Учет их приводит к удорожанию изготовления ТВС.

Задачей предлагаемого решения является уменьшение числа неоднородностей в структуре трансформатора при сохранении его широкополосности и без увеличения длины.

Поставленная задача решается тем, что в трансформаторе волновых сопротивлений, содержащем каскадное включение двух отрезков линий передачи с параллельно включенными на их правых концах разомкнутыми шлейфами, согласно предлагаемому решению отрезки линий передачи имеют разные длины l₁, l₂ и одинаковые волновые сопротивления Z₁, шлейфы имеют разные длины l₃, l₄ и одинаковые волновые сопротивления Z₂, при этом l₁<l₂, l₃=l₂/2, l₄=l₁/2, , где R>1 - перепад согласуемых волновых сопротивлений.

Изобретение поясняется чертежом, на котором приведено схематическое изображение предлагаемого ТВС, где

1 - вход ТВС;

2 - выход ТВС;

3 - первый отрезок однородной одиночной ЛП;

4 - второй отрезок однородной одиночной ЛП;

5 - первый параллельно включенный разомкнутый шлейф;

6 - второй параллельно включенный разомкнутый шлейф.

Трансформатор волновых сопротивлений состоит из двух отрезков однородных одиночных линий передачи 3 и 4, имеющих разные длины l₁, l₂ и волновое сопротивление Z₁, и шлейфов 5 и 6. Вход 1 нагружен на активное сопротивление Z₀. Выход 2 нагружен на активное сопротивление Z₀R, где R - перепад согласуемых волновых сопротивлений.

Предлагаемый ТВС работает следующим образом. Высокочастотная мощность поступает на вход 1, распространяется по отрезкам 3-6. Большая часть мощности поступает на выход 2. Меньшая часть мощности из-за неидеального согласования отражается на входе 1.

В таблицах 1, 2 для предлагаемого ТВС и прототипа, которые имеют одинаковую длину 0,125λ_ср, где λ_ср - средняя длина волны рабочего диапазона частот, и в 4 раза короче двухступенчатого четвертьволнового трансформатора, для октавной полосы частот и трех значений перепадов согласуемых волновых сопротивлений приведены: максимальное значение коэффициента стоячей волны напряжения (КСВН, макс), волновые сопротивления отрезков и шлейфов.

Таблица 1
Предлагаемый ТВС
R	2	5	10
КСВН, макс	1.1640	1.4637	1.8216
Z1/Z0	3.3185	6.0124	9.0627
Z2/Z0	0.3702	0.4828	0.6270

Таблица 2
Прототип
R	2	5	10
КСВН, макс	1.1760	1.5036	1.9008
Zотр1/Z0	2.3775	3.7198	4.9370
Zотр2/Z0	4.2162	8.1655	12.9284
Zш1/Z0	0.5926	0.7330	0.9172
Zш2/Z0	1.0509	1.6090	2.4019

В таблице 2 использованы следующие обозначения: Z_отр1 - волновое сопротивление первого отрезка линии прототипа, Z_отр1 - волновое сопротивление второго отрезка линии прототипа, Z_ш1 - волновое сопротивление первого шлейфа прототипа, Z_ш2 - волновое сопротивление второго шлейфа прототипа.

Таким образом, предлагаемый трансформатор имеет только два типа неоднородностей, но при этом при одинаковой длине с прототипом имеет в одной и той же полосе частот несколько меньшие значения КСВН, макс. как видно из табл.1, 2.

Трансформатор волновых сопротивлений на основе каскадного включения двух отрезков линий передачи с параллельно включенными на их правых концах разомкнутыми шлейфами, отличающийся тем, что отрезки линий передачи имеют разные длины l₁, l₂ и одинаковые волновые сопротивления Z₁, шлейфы имеют разные длины l₃, l₄ и одинаковые волновые сопротивления Z₂, при этом l₁<l₂, l₃=l₂/2, l₄=l₁/2, ,

где R>1 - перепад согласуемых волновых сопротивлений.