Многоступенчатое частотно-разделительное устройство



Многоступенчатое частотно-разделительное устройство
Многоступенчатое частотно-разделительное устройство

 


Владельцы патента RU 2460208:

Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро "Луч" (RU)

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в широкополосных приемопередающих комплексах, а также в многоканальных приемопередающих устройствах релейной и спутниковой связи. Достигаемый технический результат - упрощение настройки. Многоступенчатое частотно-разделительное устройство содержит параллельно включенные канальные фильтры, отрезки длинных линий, взаимные разветвители длинных линий, причем отрезки длинных линий через взаимные разветвители длинных линий нескольких ступеней объединяют сигналы нагрузок всех канальных фильтров на нагрузку устройства, при этом волновое сопротивление отрезков длинных линий и сопротивление нагрузок равны волновому сопротивлению канальных фильтров, фазовые набеги в длинных линиях всех ступеней нормируются так, что длины отрезков длинных линий выполнены из условия обеспечения во взаимных разветвителях длинных линий минимальных отражений на центральной частоте сопрягаемых диапазонов частот путем учета фазовой характеристики коэффициента отражения канальных фильтров в полосах запирания, а сами взаимные разветвители длинных линий не содержат элементов настройки. 2 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в широкополосных приемопередающих комплексах, а также в многоканальных приемопередающих устройствах релейной и спутниковой связи.

Известно устройство [1, стр.64], содержащее параллельное включение канальных фильтров (КФ), в котором для компенсации влияния фильтров друг на друга в точке соединения предлагается подсоединить специальный компенсирующий двухполюсник. Недостатком этого устройства является реализуемость лишь для относительно невысоких частот.

Известно также многоступенчатое частотно-разделительное устройство (ЧРУ) [2, стр.108-109, рис.3.1.б], выбранное в качестве прототипа, содержащее параллельное соединение фильтров. В прототипе кроме КФ используются также фильтры с полосой пропускания, включающей полосы пропускания двух и более КФ, отрезки длинных линий, длины которых и фазовые набеги не нормируются, и несколько настраиваемых взаимных разветвителей (ВР) длинных линий. При этом часть ВР длинных линий, к которым подключены через отрезки длинных линий только КФ и нагрузки КФ, расположены в первой ступени устройства, также имеются ВР длинных линий, которые расположены вне первой ступени, что и определяет такой характерный признак как многоступенчатость. Недостатком прототипа является наличие фильтров с полосой пропускания, включающей полосы пропускания двух и более КФ, между ВР длинных линий разных ступеней. Фильтры между ВР длинных линий разных ступеней требуют настройки, увеличивают габариты, массу и стоимость ЧРУ.

Предлагаемое многоступенчатое ЧРУ, предназначено для подключения с минимальными потерями к одному антенно-фидерному устройству (АФУ) мощных передатчиков и высокочувствительных приемников при общем числе приемников и передатчиков три и более. Для того чтобы, мощные передатчики существенно не уменьшали чувствительности приемников нужны КФ, которые обеспечивают в полосах запирания затухание более 70÷80 дБ. Для приемников разъем АФУ является входом (источником), разъем КФ - выходом (нагрузкой), для передатчиков разъем КФ является входом, разъем АФУ - выходом. Поскольку одни и те же разъемы для одних сигналов являются источниками, а для других нагрузками, далее будем использовать один термин «нагрузка».

Для реализации заявляемого многоступенчатого ЧРУ знание частотных зависимостей коэффициентов отражения одних КФ на различных частотах в полосах запирания других КФ является обязательным, при этом сопротивления нагрузок, а также сопротивления отрезков длинных линий равны волновому сопротивлению КФ, направление распространения сигнала не является существенным фактором. КФ, через которые проходят сигналы передатчиков, даже при минимальных потерях 1÷2 дБ рассеивают значительные мощности.

Техническим результатом заявляемого устройства является снижениие затрат при построении многоступенчатых ЧРУ для разделения сигналов различных частот, а также упрощение настройки и улучшение массогабаритных показателей.

Предложено многоступенчатое ЧРУ, состоящее из параллельно включенных КФ, отрезков длинных линий и ВР длинных линий, причем отрезки длинных линий через ВР длинных линий нескольких ступеней объединяют сигналы нагрузок всех КФ на нагрузку устройства, ВР длинных линий первой ступени попарно объединяют частотные диапазоны ближайших КФ, ВР длинных линий второй и последующих ступеней попарно объединяют ближайшие частотные диапазоны среди которых есть хотя бы один частотный диапазон, включающий полосы пропускания такого числа КФ, который не менее номера ступени, и отличающееся тем, что волновое сопротивление отрезков длинных линий и сопротивление нагрузок равны волновому сопротивлению КФ, фазовые набеги в длинных линиях всех ступеней нормируются, при этом длины отрезков длинных линий выполнены из условия обеспечения во ВР длинных линий минимальных отражений на центральной частоте сопрягаемых диапазонов частот путем учета фазовой характеристики коэффициента отражения КФ в полосах запирания, а сами ВР длинных линий не содержат элементов настройки.

В общем случае предлагаемое устройство содержит N канальных фильтров (КФ1, …, КФN), К ступеней, включающих взаимные разветвители длинных линий BPIJ, где I - номер ступени, принимает значения от 1 до К, a J - порядковый номер ВР длинных линий, принимает значения от 1 до N-1 и отрезки длинных линий LIM, где I - номер ступени, принимает значения от 1 до К, а М - порядковый номер отрезков длинных линий, принимает значения от 1 до 2(N-1). Нумерация ВР длинных линий и отрезков длинных линий такова: меньший номер - меньшая ступень, внутри ступени меньший номер - меньшая частота. Максимальное число КФ, подключение которых обеспечивается К ступенями ВР длинных линий, равно 2К, то есть при К=2 Nмакс=4, при К=3 Nмакс=8 и т.д. Минимальное число КФ, подключение которых обеспечивается К ступенями ВР длинных линий, равно (К+1), то есть при К=2 Nмин=3, при К=3 Nмин=4 и т.д.

Принцип реализации многоступенчатого ЧРУ: сначала по фазам коэффициентов отражения от КФ находят длины отрезков длинных линий первой ступени ЧРУ, затем с учетом фаз коэффициентов отражения от ВР длинных линий первой ступени находят длины отрезков длинных линий второй ступени ЧРУ, затем с учетом фаз коэффициентов отражения от ВР второй ступени находят длины отрезков длинных линий третьей ступени ЧРУ и т.д. Отрезки длинных линий различных ступеней компенсируют фазы коэффициентов отражений от КФ или ВР длинных линий предыдущей ступени за счет набега фазы отраженного сигнала. Отраженный сигнал проходит отрезок длинной линии дважды: туда и обратно, поэтому набег фазы в длинной линии в два раза меньше фазы коэффициента отражения. Набеги фазы в отрезках длинных линий нормируются на центральных частотах сопрягаемых диапазонов. Так как сопрягаемые диапазоны на различных ступенях разные, то для учета изменения центральных частот требуется пересчет фазовых набегов с центральных частот предыдущих диапазонов на центральные частоты последующих диапазонов.

При заданном числе КФ число ступеней многоступенчатого ЧРУ максимальное, когда ВР длинных линий первой ступени объединяют частотные диапазоны лишь двух КФ ближайших частотных диапазонов, а частотные диапазоны всех других КФ объединяются не на первой ступени.

При заданном числе КФ число ступеней многоступенчатого ЧРУ минимальное, когда на первой ступени сопрягается максимально возможное число КФ: при числе КФ 4 или 5 - четыре, при числе КФ 6 или 7 - шесть и т.д.

Пример реализации изобретения иллюстрируется фиг.1, где изображено простейшее двухступенчатое трехканальное ЧРУ, предназначенное для подключения с минимальными потерями к одной нагрузке АФУ трех мощных нагрузок - передатчиков. Конструктивно ВР длинных линий представляют собой 6-полюсники, КФ и отрезки длинных линий - 4-полюсники, конструктивное исполнение длинных линий не конкретизируется.

Двухступенчатое трехканальное ЧРУ, показанное на фиг.1, содержит: три канальных фильтра КФ1, КФ2, КФ3, 1-ую ступень, включающую взаимный разветвитель длинных линий ВР11 и отрезки длинных линий L11 и L12, 2-ую ступень, включающую взаимный разветвитель длинных линий ВР22 и отрезки длинных линий L23 и L24, нагрузку АФУ, три нагрузки канальных фильтров КФ1, КФ2, КФ3. Волновое сопротивление КФ, а также сопротивление отрезков длинных линий и сопротивление нагрузок равно W.

Пути распространения сигналов:

- между нагрузками КФ1 и АФУ: КФ1, L11, ВР11, L23, BP22;

- между нагрузками КФ2 и АФУ: КФ2, L12, ВР11, L23, BP22;

- между нагрузками КФ3 и АФУ: КФ3, L24, BP22.

Для того чтобы минимальные потери в полосах пропускания КФ были менее 2 дБ при затухании более 70 дБ в полосах запирания, как компромиссный вариант, используются 7-звенные КФ [3, стр.103] на воздушных полосковых линиях с длиной длинной линии, равной одной восьмой длины волны, и имеющие гребенчатую конструкцию. Такие КФ имеют относительно высокую собственную добротность резонаторов и небольшую трудоемкость настройки. При заданных полосах пропускания, например у КФ1 и КФ2 4%, а у КФ3 6%, отношение центральной частоты КФ2 к центральной частоте КФ1 составляет 1,0792, отношение центральной частоты КФ3 к центральной частоте КФ2 составляет 1,6055, отношение центральной частоты КФ3 к центральной частоте КФ1 составляет 1,7327. Для удобства реализации ВР11 и BP22 набеги фазы в отрезках длинных линий L11, L12, L24 увеличены на 180°, что дает общий дополнительный набег фазы 360°. В качестве отрезков длинных линий используются отрезки жесткого коаксиального кабеля РК50-2-25. Конструкции ВР11 и BP22 совпадают и представляют собой сборный из двух половинок экранированный корпус минимальных габаритов с пазами для двух перпендикулярно расположенных жестких коаксиальных линий.

Изобретение работает следующим образом. Сигналы из нагрузок КФ1 и КФ2 (фиг.1) проходят через ВР11 и BP22, поэтому для КФ1 и КФ2 учитываются фазы коэффициентов отражения на двух частотах в полосах запирания. Фазы коэффициентов отражения от КФ1: 51° на центральной частоте полосы пропускания КФ2 и 291° на центральной частоте полосы пропускания КФ3. Фазы коэффициента отражения от КФ2: 21° на центральной частоте полосы пропускания КФ1 и 304° на центральной частоте КФ3. Первая ступень ЧРУ реализуется так, что длины отрезков длинных линий первой ступени L11 и L12, с набегом фазы, соответственно 205,5°=180°+(51/2)° и 190,5°=180°+(21/2)°, обеспечивают минимальные отражения в ВР11 первой ступени для полос пропускания соответственно КФ2 и КФ1. Сигнал из нагрузки КФ3 проходит только через BP22, поэтому для КФ3 учитывается фаза коэффициентов отражения только на одной частоте в полосе запирания. Учет фаз коэффициентов отражения КФ1, КФ2, КФ3 и набегов фазы в L11 и L12 производится на необходимых частотах в полосах запирания: фаза коэффициента отражения от ВР11 на центральной частоте полосы пропускания КФ3 составляет 354°, фаза коэффициента отражения от КФ3 на центральной частоте диапазона частот, включающего полосы пропускания КФ1÷КФ2, составляет 69°. Вторая ступень ЧРУ реализуется так, что длины отрезков длинных линий второй ступени L23 и L24, с набегом фазы, соответственно 177°=(354/2)° и 214,5°=180°+(69/2)° обеспечивают минимальные отражения в ВР11 второй ступени для полос пропускания соответственно КФ1÷КФ2 через L23 и КФ3 через L24.

Учет фазы коэффициента отражения от ВР11 требует пересчета набегов фазы в отрезках длинных линий L11 и L12 на центральную частоту полосы пропускания КФ3 через отношения центральных частот КФ. С учетом пересчета отношений центральных частот полос пропускания КФ рассчитываем фазовые набеги на центральной частоте КФ3 для отрезка длинной линии L11 329,9°=1,6055*205,5° и для отрезка длинной линии L12 330,1°=1,7327*190,5°. С учетом фаз коэффициентов отражения от КФ1 и от КФ2 фазы коэффициентов отражения на выходе отрезков длинных линий L11 и L12 составляют 351,28°=(291-329,9*2)°+720° и 3,8°=(304-330,1*2)°+360°, соответствующие им нормированные проводимости равны соответственно плюс 0,081 и минус 0,033. Пересчет суммарной нормированной проводимости плюс 0,048 в фазу коэффициента отражения и дает искомомое значение фазы коэффициента отражения от ВР11 на центральной частоте полосы пропускания КФ3 354°.

За счет объединения конструктивных элементов могут быть уменьшены габариты многоступенчатого ЧРУ. Например, если конструктивно объединить КФ1, КФ2, L11, L12, ВР11 и КФ3, L24, BP22, что возможно при использовании воздушных полосковых длинных линий вместо длинных линий на основе жесткого коаксиального кабеля, то дополнительные набеги фазы 360°=(180*2)° для реализации конструкции ВР не нужны. В этом случае фазы коэффициентов отражения на выходе отрезков длинных линий L11 и L12 равны 209,2° и 268°, соответствующие им нормированные проводимости равны 3,834 и 1,033. Суммарная проводимость равна 4,87 и вторая ступень ЧРУ реализуется так, что длина отрезка длинной линии второй ступени L23 обеспечивает набег фазы 101,2°=(203,2/2)° вместо 177°=(354/2)° за счет изменения фазы коэффициента отражения от ВР11.

При сохранении принципа реализации ступеней ЧРУ возможны различные варианты построения многоступенчатых ЧРУ в целом. Выбор варианта многоступенчатого ЧРУ с наименьшими потерями мощности сигналов в ЧРУ зависит от отношения центральных частот КФ. Иногда выбор варианта с наименьшими потерями мощности сигналов в ЧРУ очевиден. Например, если в рассмотренном двухступенчатом трехканальном ЧРУ отношение центральной частоты КФ2 к центральной частоте КФ1 не 1,0792, а 1,5, то на первой ступени следует объединять КФ2 и КФ3 с помощью L11, L12, ВР11, а на второй ступени следует объединять КФ1 с диапазоном частот КФ2÷КФ3 с помощью L23, L24, ВР22. В общем случае выбор варианта с наименьшими потерями мощности сигналов в ЧРУ производится путем сравнения результатов реализации нескольких вариантов.

Далее приведем примеры записи вариантов реализации многоступенчатых ЧРУ по составу построения, при этом сначала записываются КФ, которые при меньших номерах объединяются на первой ступени, после элементов первой ступени записываются элементы второй ступени, затем третьей ступени и т.д. ВР записываются после перечисления отрезков длинных линий на входе ВР. Если имеется КФ, который объединяется не на первой ступени, то он записывается перед ступенью, на которой с этим КФ объединяется частотный диапазон, включающий полосы пропускания такого числа КФ, который не менее номера ступени. При этом нагрузка АФУ всегда завершает перечисление и в составе не указывается, а под КФ понимаются КФ с нагрузками.

Таким образом, четырехканальное ЧРУ может быть выполнено в двухступенчатом исполнении состава КФ1, КФ2, L11, L12, ВР11, КФ3, КФ4, L13, L12, BP12, L25, L26, BP23 и 4-х вариантах трехступенчатого исполнения и записано следующим образом:

- КФ1, КФ2, L11, L12, ВР11, КФ3, L23, L24, ВР22, КФ4, L35, L36, ВР33;

- КФ2, КФ3, L11, L12, ВР11, КФ1, L23, L24, ВР22, КФ4, L35, L36, BP33;

- КФ3, КФ4, L11, L12, ВР11, КФ2, L23, L24, ВР22, КФ1, L35, L36, BP33;

- КФ2, КФ3, L11, L12, ВР11, КФ4, L23, L24, ВР22, КФ1, L35, L36, BP33.

Пример исполнения ЧРУ последнего варианта приведен на фиг.2.

Пятиканальное ЧРУ может быть выполнено в 4-х вариантах трехступенчатого исполнения и в 7-ми вариантах четырехступенчатого исполнения и.т.д.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет снизить затраты при построении многоступенчатых ЧРУ для разделения сигналов различных частот, а также упростить настройку и улучшить массогабаритные показатели.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Алексеев О.В., Грошев Г.В., Чавка Г.Г. Многоканальные частотно-разделительные устройства и их применение. - М.: Радио и связь, 1981. - 136 с.

2. Модель A.M. Фильтры СВЧ в радиорелейных системах. - М.: Связь, 1967. - 352 с.

3. Миниатюрные устройства УВЧ и ОВЧ-диапазонов на отрезках линий / Э.В.Зеля, А.Л.Фельдштейн, Л.Р.Явич, В.С.Брилон. - М.: Радио и связь, 1989. - 112 с.

Многоступенчатое частотно-разделительное устройство, состоящее из параллельно включенных канальных фильтров, отрезков длинных линий и взаимных разветвителей длинных линий, причем отрезки длинных линий через взаимные разветвители длинных линий нескольких ступеней объединяют сигналы нагрузок всех канальных фильтров на нагрузку устройства, взаимные разветвители длинных линий первой ступени попарно объединяют частотные диапазоны ближайших канальных фильтров, взаимные разветвители длинных линий второй и последующих ступеней попарно объединяют ближайшие частотные диапазоны, среди которых есть хотя бы один частотный диапазон, включающий полосы пропускания такого числа канальных фильтров, который не менее номера ступени, отличающееся тем, что волновое сопротивление отрезков длинных линий и сопротивление нагрузок равны волновому сопротивлению канальных фильтров, фазовые набеги в длинных линиях всех ступеней нормируются, при этом длины отрезков длинных линий выполнены из условия обеспечения во взаимных разветвителях длинных линий минимальных отражений на центральной частоте сопрягаемых диапазонов частот путем учета фазовой характеристики коэффициента отражения канальных фильтров в полосах запирания, а сами взаимные разветвители длинных линий не содержат элементов настройки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах связи для передачи и приема сигналов, системах борьбы с помехами и медицинской технике. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для сложения мощностей двух генераторов электрических колебаний (ГЭК) ВЧ-, ОВЧ- и СВЧ-диапазонов как равных, так и различающихся частным в пределах определенной полосы пропускания, а также для распределения мощности высокочастотного генератора между двумя нагрузками.

Изобретение относится к радиосвязи. .

Изобретение относится к радиотехнике и обеспечивает уменьшение потерь в области перекрытия частотных характеристик каналов. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве многоканального усилитапя (МУ) мощности ВЧ электрич.колебаний, каждому каналу которого соответствует своя рабочая полоса.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и предназначено для распределения входного сигнала с заданным соотношением мощностей и может быть использовано в различных радиотехнических устройствах, например, для формирования амплитудного распределения в приемопередающих фазированных антенных решетках (ФАР)

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве преселектора в профессиональных радиоприемных устройствах. Технический результат изобретения заключается в уменьшении рабочего затухания в полосах пропускания преселектора. Многоканальный блок фильтрации содержит дифференциальный трансформатор, первичная обмотка которого имеет два вывода, вторичная дифференциальная обмотка имеет три вывода, к первому выводу дифференциальной обмотки подключена первая группа, состоящая из N полосовых фильтров, к третьему выводу дифференциальной обмотки подключена вторая группа, состоящая из М полосовых фильтров, выходы полосовых фильтров первой и второй групп являются выходами блока фильтрации, при этом к первому выводу первичной обмотки дифференциального трансформатора подключены первый и второй конденсаторы, второй вывод первого конденсатора соединен с входной потенциальной клеммой блока фильтрации, вторые выводы второго конденсатора и первичной обмотки соединены с общей шиной, второй вывод дифференциальной обмотки подключен к третьему конденсатору, второй вывод которого соединен с общей шиной. 1 ил.

Изобретение относится к технике СВЧ и может найти широкое применение в системах активных фазированных антенных решеток, радиопередающих устройствах. Достигаемый технический результат - повышение развязки между выходными плечами, улучшение согласования по входу. Делитель мощности содержит входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, между которыми включены балластные резисторы, выполненные в виде отрезков линии передачи с потерями и соединенные в звезду, к общей точке которых подключен короткозамкнутый шлейф длиной меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, при этом в него введены четвертьволновый отрезок линии передачи, включенный между входным плечом и общей точкой четвертьволновых отрезков линии передачи и дополнительный короткозамкнутый шлейф длиной меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх