Делитель мощности

Авторы патента:

Унру Николай Эдуардович (RU)

Говорухин Валерий Иванович (RU)

H01P5/12 - волноводные соединения, имеющие более чем два плеча (H01P 5/04 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2559711:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к технике СВЧ и может найти широкое применение в системах активных фазированных антенных решеток, радиопередающих устройствах и системах, использующих мощность СВЧ. Технический результат состоит в улучшении развязки между выходными плечами и увеличении коэффициента прямой передачи делителя мощности. Для этого предложен делитель мощности, содержащий 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, меньшей четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, при этом к входному плечу подключен разомкнутый шлейф длиной также меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона. 3 ил.

Известен многоканальный синфазный делитель мощности, содержащий разветвитель, к выходам которого подключены балластные развязывающие резисторы, включенные звездой (Wilkinson E.J. An N-hybrid power divider //IRE Trans. on microwave theory and techniques. 1960, v. MTT-8, N 1, p.116-118). За прошедшие более чем 50 лет это устройство многократно усовершенствовалось и составило основу большого числа авторских свидетельств и патентов. Делитель с сосредоточенными балластными резисторами может быть принят в качестве базового, поскольку его технические характеристики близки к идеальным (см. К.Я. Аубакиров, В.И. Говорухин, Л.Г. Плавский, М.Г. Рубанович. Двухканальный синфазный сумматор-делитель мощности с компенсацией паразитных параметров балластного резистора. Радиотехника, №6, 2011, с.59-63). Будучи линейным и взаимным, делитель Уилкинсона может равноправно использоваться и в качестве сумматора мощности.

Известен делитель мощности (см. Устройство сложения мощности, авт. свид. СССР №1170534, H01P 5/12, БИ №28, 30.07.85), содержащий входные плечи, каждое из которых подключено к балластному резистору и четвертьволновому отрезку линии передачи, при этом балластные резисторы соединены в звезду, концы четвертьволновых отрезков линий передачи подключены к выходному плечу и к общей точке балластных резисторов подключен короткозамкнутый четвертьволновый шлейф. Подавление четных гармоник суммируемых генераторов успешно выполняется на центральной частоте диапазона, для которой входное сопротивление четвертьволнового шлейфа бесконечно велико и, следовательно, этот шлейф не влияет на работу устройства. При этом четные гармоники суммируемых генераторов закорачиваются на землю, поскольку для них длина шлейфа не четверть-, а полуволновая, либо кратная ей, а входное сопротивление такого шлейфа равно нулю.

При работе на большом уровне мощности площади балластных резисторов в пленочном исполнении и, как следствие, их паразитные параметры, увеличиваются, что приводит к резкому ухудшению технических характеристик устройства - согласования по входам, развязки между ними, снижению коэффициента прямой передачи, росту потерь в балластных резисторах, смещению по частоте минимумов КСВН и максимума развязки и др.

Известен также делитель мощности (см. авт. свид. СССР №849342, H01P 5/12, БИ №27, 25.07.81), содержащий разветвитель, к выходным плечам которого подключены развязывающие резисторы, включенные звездой; ко входу и к каждому из выходов плеч разветвителя подключены короткозамкнутые шлейфы, а в каждое плечо разветвителя включен конденсатор, причем емкость конденсатора и длина каждого из короткозамкнутых шлейфов определяются соответственно из соотношений

$C = \frac{1}{\sqrt{n} \cdot 2 π f_{0} R_{0}}$ ; $l = \frac{λ_{0}}{2 π} a r c t g (\frac{\sqrt{n} R_{0}}{ρ})$ ,

где n - число плеч;

f₀ - центральная частота рабочего диапазона;

R₀ - выходное сопротивление каждого плеча делителя;

λ₀ - длина волны в делителе мощности;

ρ - волновое сопротивление короткозамкнутого шлейфа.

Уменьшение потерь и сокращение габаритов устройства достигается эквивалентной заменой четвертьволновых трансформирующих отрезков линий передачи разветвителя П-образными полураспределенными звеньями, составленными из двух короткозамкнутых шлейфов в параллельных ветвях и сосредоточенной емкости в последовательной ветви каждого П-звена. Однако выбор элементов П-звеньев по приведенным соотношениям не позволяет скомпенсировать ухудшение технических характеристик устройства большой мощности с увеличенной площадью балластных резисторов в пленочном исполнении. Как и в Предыдущем случае, достижение высоких значений указанных выше технических характеристик не может быть реализовано в данном устройстве.

Кроме того, известен делитель мощности (см. авт. свид. СССР №1798840, H01P 5/12, БИ №8, 28.02.93), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, при этом между выходными плечами включены балластные резисторы, соединенные в звезду и к общей точке которых подключен короткозамкнутый шлейф, при этом балластные резисторы выполнены в виде отрезков линии передачи с потерями, длина шлейфа выбрана меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, а его входное сопротивление выбрано из соотношений:

${| Z_{C} \frac{i X + Z_{C} t h \frac{γ L}{2}}{Z_{C} + i X t h \frac{γ L}{2}} |}^{!} = 0$ ,

$X = Z_{ш} t g \frac{2 π}{λ} l_{ш}$ ,

где Z_C, L - волновое сопротивление и длина отрезка линии передачи с потерями;

γ - постоянная распространения в линии с потерями;

Z_ш, l_ш - волновое сопротивление и длина шлейфа.

В прототипе увеличение рабочей мощности достигается подключением к общей точке соединенных в звезду балластных резисторов короткозамкнутого шлейфа с длиной, меньшей четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона. Этот шлейф компенсирует паразитные параметры балластных резисторов и улучшает согласование по входу и выходам, развязку между выходами, увеличивает коэффициент прямой передачи и, как следствие, рабочую мощность на выходах.

Однако, несмотря на существенное улучшение указанных технических характеристик, их значения недостаточно высоки, что, в первую очередь, касается развязки между выходами делителя, то есть обеспечения их независимой работы при различных условиях нагрузки и эксплуатации, и коэффициента прямой передачи.

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение развязки между выходными плечами делителя мощности и увеличение коэффициента его прямой передачи.

Поставленная задача достигается тем, что в делитель мощности, содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, между которыми включены соединенные в звезду балластные резисторы, выполненные в виде отрезков линии передачи с потерями, и к общей точке которых подключен короткозамкнутый шлейф, длина которого меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, в него введен разомкнутый шлейф длиной также меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, подключенный к его входному плечу.

На фиг. 1 приведена схема электрическая принципиальная предлагаемого делителя мощности на n каналов, на фиг. 2 - схема электрическая принципиальная предлагаемого делителя мощности на 2 канала, на фиг. 3 - частотные зависимости параметров предлагаемого делителя мощности на 2 канала.

Делитель мощности (фиг. 1) содержит входное плечо 1 с подключенным разомкнутым шлейфом 2, подсоединенное через четвертьволновые отрезки линии передачи 3 к выходным плечам 4, к каждому из которых подключен балластный резистор 5, выполненный в виде отрезка линии передачи с потерями, все балластные резисторы соединены в звезду и к их общей точке подключен короткозамкнутый шлейф 6 с длиной, меньшей четверти длиной волны центральной частоты рабочего диапазона. Выходные плечи 4 делителя нагружены на сопротивления нагрузки 7.

Делитель мощности (фиг. 1) работает следующим образом. При поступлении входного СВЧ-сигнала на входное плечо 1, его мощность равномерно распределяется через одинаковые четвертьволновые отрезки линии передачи 3 по всем выходным плечам 4, так что при одинаковых и согласованных сопротивлениях нагрузки 7 эти мощности на всех выходных плечах 4 равны по величине и синфазны. Для случая минимальной площади балластных резисторов делитель мощности представляет собой симметричный многополюсник и на центральной частоте является полностью согласованным, а его выходы развязаны практически идеально. В устройствах большой мощности оказывается необходимым использовать балластные резисторы с большей площадью для рассеяния значительной мощности в случае рассогласования или выхода из строя одной из нагрузок. Технические характеристики таких делителей мощности значительно ухудшаются, а следовательно, для обеспечения их работоспособности необходимо скорректировать влияние эффекта, связанного с использованием балластных резисторов с большой площадью. Это частично реализовано в устройстве-прототипе за счет подключения к общей точке, включенных в звезду балластных резисторов короткозамкнутого шлейфа 6. В предлагаемом устройстве к входному плечу делителя мощности подключен разомкнутый шлейф 2, длиной меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, что обеспечивает улучшение развязки между выходными плечами и повышение коэффициента его прямой передачи.

Результаты исследования двухканального базового делителя и делителя мощности - прототипа приведены в указанной выше работе (К.Я. Аубакиров, В.И. Говорухин, Л.Г. Плавский, М.Г. Рубанович. Двухканальный синфазный сумматор-делитель мощности с компенсацией паразитных параметров балластного резистора. - Радиотехника, №6, 2011, с.59-63). Частотные зависимости характеристик предлагаемого делителя мощности на два канала (фиг. 2) представлены на фиг. 3. Сравнение их с соответствующими зависимостями для базового делителя и делителя мощности - прототипа показывает, что введение разомкнутого шлейфа 2, подключенного к входному плечу делителя мощности (фиг. 2), обеспечивает:

- параметр |S_ik|=-58,97 дБ, характеризующий развязку между выходами устройства, увеличился на 24 дБ по сравнению с делителем мощности - прототипом и практически соответствует базовому делителю;

- коэффициенты стоячей волны напряжения: по входу КСВН₁=1,096 на частоте 963 МГц, по выходу КСВН₄=1,035 на частоте 840 МГц близки к соответствующим значениям для делителя мощности-прототипа;

- коэффициент прямой передачи |S₄₁|=-3,14 дБ повысился на 3,5% по сравнению с делителем мощности - прототипом.

Таким образом, введение разомкнутого шлейфа, подключенного к входному плечу делителя мощности, существенно улучшило развязку между его выходными плечами и увеличило коэффициент прямой передачи.

Делитель мощности, содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линий передачи к выходным плечам, между которыми включены балластные резисторы, выполненные в виде отрезков линий передачи с потерями и соединенные в звезду, к общей точке которых подключен короткозамкнутый шлейф длиной меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, отличающийся тем, что в него введен разомкнутый шлейф, длиной также меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, подключенный к его входному плечу.

Похожие патенты:

Возбудитель волны н01 // 2557474

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к волноводной и антенной технике, и может быть использовано в качестве устройства в длинных магистральных волноводных линиях связи.

Малогабаритное устройство усиления мощности // 2546060

Изобретение относится к малогабаритному устройству усиления мощности. Технический результат состоит в эффективном комбинировании элементарных усилителей в ячейке активной антенны.

Импульсный трансформатор на неоднородной линии // 2542755

Изобретение относится к электротехнике, к импульсным трансформаторам. Технический результат состоит в повышении импульсного входного напряжения.

Делитель мощности // 2485641

Устройство радиального усиления мощности с компенсацией фазового разброса усилительных каналов // 2484558

Изобретение относится к области сверхвысокочастотных полупроводниковых усилителей. .

Делитель мощности // 2472259

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот, в качестве схем сложения транзисторных усилителей мощности, используемых в предварительных и оконечных каскадах.

Плоская решетка антенн дифракционного излучения и делитель мощности, используемый в ней // 2449435

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано в РЛС и системах связи, преимущественно в сантиметровом и миллиметровом диапазоне длин волн. .

Многоканальный делитель мощности // 2396645

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в различных радиотехнических устройствах, например, для формирования амплитудно-фазового распределения в приемопередающих активных фазированных антенных решетках.

Полосковый делитель мощности // 2392702

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано для устройств распределения сигналов между линиями передачи с Т волной в сантиметровом диапазоне длин волн.

Многоканальный волноводный делитель мощности // 2348091

Изобретение относится к электронной технике, в частности к многоканальным волноводным делителям мощности, и может быть использовано при создании многоканальных супергетеродинных приемников преимущественно миллиметрового диапазона длин волн и в СВЧ-измерительной технике.

Волноводное е-плоскостное т-образное разветвление // 2567875

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к волноводным элементам, и может быть использовано в волноводной, антенной и СВЧ измерительной технике. Техническим результатом заявляемого волноводного Е-плоскостного Т-образного разветвления является его конструктивное упрощение при одновременном сохранении технических характеристик. Для этого волноводное Е-плоскостное Т-образное разветвление состоит из входного волновода (1) прямоугольного сечения, в который дополнительно введен 90° уголковый изгиб (2) в Н-плоскости, внутренняя стенка которого совпадает со второй широкой стенкой прямоугольного волновода (1), образующего боковые плечи (3). Элемент (4) согласования, выполненный в виде прямоугольной призмы, расположен в плоскости симметрии волноводного Е-плоскостного Т-образного разветвления, при этом одна из его граней совпадет со второй широкой стенкой прямоугольного волновода (1), образующего два боковых плеча (3). 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Вч генератор // 2601181

Изобретение относится к высокочастотному (ВЧ) генератору. Технический результат изобретения заключается в создании устройства, генерирующего и направляющего ВЧ мощность. ВЧ генератор содержит полый проводник с проводящей стенкой. При этом стенка имеет первую щель, над которой размещен первый твердотельный переключатель, чтобы прикладывать высокочастотное электрическое напряжение над первой щелью. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

Радиочастотный сумматор мощности, функционирующий как фильтр высших гармоник // 2615049

Изобретение относится к конструкции фильтра высших гармоник, в частности к радиочастотному сумматору мощности, функционирующему как фильтр высших гармоник. Устройство содержит, по меньшей мере, одну пару установленных соосно металлических проводников в форме диска, по меньшей мере, один из которых имеет центральное осевое отверстие для размещения волновода. Обращенные друг к другу поверхности металлических проводников в форме диска симметричны относительно плоскости симметрии этих проводников с созданием множества следующих друг за другом радиально сообщающихся концентрических полостей, имеющих форму равнобедренного трапецоида с различными основаниями в сечении. Меньшее основание каждого трапецоида расположено ближе к центральной оси. Количество концентрических полостей составляет (2k+1), где k - число фильтруемых гармоник сигнала. Все концентрические полости упомянутого множества полостей имеют одинаковую радиальную длину и разный угол у основания трапецоида, который зависит от волнового импеданса сегмента радиальной линии передачи, созданной каждой из концентрических полостей. Радиочастотный сумматор мощности содержит множество рупорных антенн, установленных равномерно по периферии металлических проводников в форме диска. Внешняя сторона каждой рупорной антенны выполнена с возможностью соединения с радиочастотным модулем, который является источником радиочастотного сигнала. Технический результат заключается в увеличении эффективности усиления. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

Сверхширокополосный микрополосковый делитель мощности // 2621887

Изобретение относится к устройствам сверхвысокочастотной техники (СВЧ) и может быть применено в области радиолокации, радионавигации. Сверхширокополосный микрополосковый делитель мощности содержит прямоугольный металлический корпус и крышку, микрополосковые линии, развязывающие резисторы, две платы с топологическим рисунком подводящих линий, плату с нанесенным на одной стороне топологическим рисунком делителя мощности, которая содержит входное и два выходных плеча. Входное плечо топологического рисунка делителя мощности соединено с входами первой пары отрезков микрополосковых линий через резистивно-емкостной входной разделитель. Выходные плечи, выполненные в виде радиальных поворотов, соединены с выходами шестой пары отрезков микрополосковых линий. Внутренний проводник входного коаксиального разъема соединен с входным плечом топологического рисунка делителя мощности через внутренний проводник гермоввода при помощи пайки. Выходные плечи топологического рисунка делителя мощности при помощи разварочной фольги соединены с топологическим рисунком подводящих линий, которые через внутренний проводник гермоввода соединены с внутренним проводником выходных коаксиальных разъемов. Изобретение обеспечивает расширение диапазона рабочих частот в сторону СВЧ. 7 ил.

Плата деления и суммирования // 2632262

Изобретение относится к области радиосвязи и техники СВЧ и предназначено для работы в составе антенных решеток и систем, количество каналов которых кратно трем. Предложена плата деления и суммирования, характеризующаяся тем, что содержит общий канал, вынесенный на обратную сторону платы через сквозное отверстие, и три канала, разнесенных на плате симметрично относительно друг друга под углом 120° и соединенных микрополосковыми линиями с резисторами. Технический результат заключается в повышении энергетической эффективности использования платы деления и суммирования за счет обеспечения возможности равноамплитудного и синфазного деления мощности сигнала с одного канала на три канала или, в случае суммирования, с трех каналов на один при обеспечении гальванической развязки всех каналов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Радиочастотный объединитель мощности // 2636265

Изобретение относится к области мощных микроволновых генераторов и может использоваться при создании схем объединителей/делителей мощности. Устройство для объединения радиочастотной мощности содержит волновод 1, выполненный, например, прямоугольным, центральный цилиндрический проводник (2) со средней частью (3), имеющей увеличенный радиус, индуктивные петли связи (4) для ввода радиочастотной мощности от источников (5) в резонатор, размещенные в максимуме амплитуды магнитного поля, подвижный элемент (6) вывода объединенной радиочастотной мощности, выполненный в форме петли связи и закрепленный на осевом центральном цилиндрическом проводнике. Технический результат заключается в обеспечении высокой стабильности частоты и фазы объединяемой радиочастотной мощности и компактности конструкции. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Делитель мощности // 2638974

Изобретение относится к технике СВЧ и может найти применение в системах активных фазированных антенных решеток, радиопередающих и других устройствах и системах СВЧ. Предложен делитель мощности, содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к двум выходным плечам, между которыми включен балластный развязывающий резистор, выполненный в виде отрезка линии передачи с потерями. К средней точке резистора подключен короткозамкнутый шлейф длиной меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, при этом в него введены два разомкнутых шлейфа длиной также меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, подключенные к входным контактным площадкам балластного развязывающего резистора. Развязывающий резистор выполнен в виде отрезка неоднородной линии передачи с потерями в форме круга, разделенного пополам металлизированной проводящей полоской с присоединенным к ней указанным короткозамкнутым шлейфом, ширина которого равна ширине металлизированной полоски. Входные контактные площадки балластного резистора расположены симметрично по обе стороны диаметра, перпендикулярного указанной металлизированной полоске. В делитель мощности может быть введен дополнительный короткозамкнутый шлейф длиной также меньше четверти длины волны центральной частоты рабочего диапазона, присоединенный к его входному плечу. Техническим результатом изобретения является улучшение развязки между выходными плечами делителя мощности и согласования по его входу и выходам. 1 з.п. ф-лы. 6 ил.