Делитель мощности 2х3 (3х2) для бортовой аппаратуры космических аппаратов

Изобретение относится к СВЧ-технике. Делитель мощности бортовой аппаратуры космических аппаратов расположен на диэлектрической подложке, на которой параллельно одной из ее сторон размещены мост и направленный ответвитель, имеющий переходное ослабление 4,76 дБ, выполненные на однократно перекрещивающихся связанных линиях. Два конца моста являются первым и вторым выходами (входами) делителя мощности, третий конец моста соединен с одним концом первой микрополосковой линии, а четвертый конец моста соединен с одним концом второй микрополосковой линии, другой конец первого отрезка микрополосковой линии соединен с одним концом направленного ответвителя. Другой конец направленного ответвителя, обращенный к той же стороне диэлектрической подложки, является третьим выходом (входом) делителя мощности 2×3 (3×2). Третий конец направленного ответвителя, расположенный с той же стороны, что и первый его конец, соединен с одним концом третьего отрезка микрополосковой линии, четвертый конец направленного ответвителя является вторым входом (выходом) делителя мощности 2×3 (3×2). В схему введен микрополосковый делитель мощности 1×2 с коэффициентом деления 3 дБ, состоящий из двух четвертьволновых трансформирующих отрезков, между выходными концами которых размещен балластный резистор. Технический результат - упрощение конструкции и уменьшение габаритов делителя мощности. 1 ил.

 

Изобретение относится к СВЧ-технике, в частности для применения в бортовой аппаратуре космических аппаратов.

Из уровня техники известен делитель мощности для бортовой аппаратуры космического аппарата (патент RU 2608978, опубликован 30.01.2017), который содержит четыре моста на однократно перекрещивающихся связанных линиях. Смежные мосты расположены перпендикулярно один к другому, так что проводники связанных линий образуют стороны двух квадратов, первый из которых расположен внутри второго. Концы проводников, расположенных на смежных сторонах внутреннего квадрата, соединены между собой. Концы проводников, расположенных на противолежащих сторонах второго квадрата, являются входами и выходами, соответственно. Делитель может быть выполнен по схеме 4×4 либо по схемам 3×4, 3×3, 4×2, для чего лишние входы и выходы замыкаются на заземленную часть подложки через резисторы, являющиеся согласованными нагрузками. При этом мощность сигналов на концах проводников связанных линий составляет одну четвертую от входной мощности.

Представленные в известном изобретении делители мощности, выполненные по схемам 3×3 и 3×2, имеют малый коэффициент передачи минус 6 дБ, сложность конструкции из-за количества мостов Ланге (4 шт).

Также известен делитель мощности, выполненный по схемам 2×3 или 3×2 на основе каскадного включения 3-децибельного моста и делителя мощности 1×2, подключаемого своим входом к одному из выходов моста (Алыбин В.Г., Зарапин С.А., Яхутин С.А. Микрополосковый делитель мощности с тремя входами и тремя выходами для бортовой аппаратуры космических аппаратов. Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2020, т. 7, вып. 1, Введение с. 24).

Недостатком известного технического решения является малый коэффициент передачи (менее минус 6 дБ), а также неравномерность деления, т.е. разный коэффициент передачи для разных выходов делителя 2×3.

В качестве ближайшего аналога заявленного изобретения выбран микрополосковый делитель мощности для бортовой аппаратуры космических аппаратов (Алыбин В.Г., Зарапин С.А., Яхутин С.А. Микрополосковый делитель мощности с тремя входами и тремя выходами для бортовой аппаратуры космических аппаратов, Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2020, том. 7, вып. 1, с. 24 - 29), выполненный на диэлектрической подложке, на которой расположены три микрополосковых направленных ответвителя на однократно перекрещивающихся связанных линиях, при этом два из них выполнены с переходным ослаблением 3 дБ (типа моста Ланге), а третий - с переходным ослаблением 4,76 дБ. Одни из концов направленных ответвителей соединены между собой отрезками микрополосковых линий, пять концов направленных ответвителей являются, соответственно, двумя входами (выходами) и тремя выходами (входами) делителя мощности 2×3 (3×2), а шестой конец одного из направленных ответвителей вместо входа (выхода) подключен к согласованной нагрузке (50 Ом). Подключение согласованной нагрузки (50 Ом) к одному из входов (выходов) делителя мощности 3×3 превращает его в делитель мощности 2×3 (3×2). Длина отрезка микрополосковой линии, соединяющего концы двух мостов Ланге, больше суммарной длины двух других отрезков микрополосковой линии на величину от 0,19 до 0,21 средней длины волны рабочего диапазона. Недостатком известного делителя мощности 2×3 (3×2) является сложность конструкции из-за количества направленных ответвителей типа мостов Ланге (3 шт.) и большой длины одного из микрополосковых проводников.

В свою очередь, заявленное изобретение направлено на упрощение конструкции и уменьшение габаритов делителя мощности 2×3 за счет уменьшения количества направленных ответвителей Ланге и уменьшения на четверть длины волны длины одного из микрополосковых проводников.

Для достижения технического результата предложен делитель мощности 2×3 (3×2) бортовой аппаратуры космических аппаратов, расположенный на диэлектрической подложке, на которой, параллельно одной из ее сторон, размещены мост и направленный ответвитель, имеющий переходное ослабление 4,76 дБ, выполненные на однократно перекрещивающихся связанных линиях, при этом два конца моста, расположенные с разных его сторон, обращены к одной стороне диэлектрической подложки и являются первым и вторым выходами (входами) делителя мощности 2×3 (3×2). Третий конец моста соединен с одним концом первой микрополосковой линии, а четвертый конец моста соединен с одним концом второй микрополосковой линии, при этом другой конец первого отрезка микрополосковой линии соединен с одним концом направленного ответвителя, обращенным к той же стороне диэлектрической подложки, другой конец направленного ответвителя является третьим выходом (входом) делителя мощности 2×3 (3×2), а третий конец направленного ответвителя, расположенный с той же стороны, что и первый его конец, соединен с одним концом третьего отрезка микрополосковой линии, четвертый конец направленного ответвителя является вторым входом (выходом) делителя мощности 2×3 (3×2).

В отличие от аналога, в схему делителя мощности 2×3 (3×2) дополнительно введен микрополосковый делитель мощности 1×2 с коэффициентом деления 3 дБ, состоящий из двух четвертьволновых трансформирующих отрезков, между выходными концами которых размещен балластный резистор, один выход микрополоскового делителя мощности 1×2 соединен с другим концом второго отрезка микрополосковой линии, а другой выход микрополоскового делителя мощности 1×2 соединен с другим концом третьего отрезка микрополосковой линии, при этом длина второго отрезка микрополосковой линии равна суммарной длине первого и третьего отрезков микрополосковой линии.

Делитель мощности 1×2 представляет собой синфазный делитель мощности Уилкинсона, который состоит из двух трансформирующих четвертьволновых отрезков с волновым сопротивлением где Zo - волновое сопротивление микрополосковых линий на входе и выходе делителя мощности 2×3 (3×2), между выходными концами которых размещен балластный резистор R=2⋅Zo. Применение делителя мощности 1×2 в схеме данного делителя мощности 2×3 (3×2) позволит упростить его конструкцию за счет замены моста Ланге (М) с одним из выходов, нагруженным на согласованную нагрузку, на делитель 1×2 типа Уилкинсона, не содержащий сложных по технологии изготовления перекрещивающихся связанных линий.

На рисунке 1 представлен делитель мощности 2×3 (3×2), расположенный на диэлектрической подложке 1, на которой размещены мост (М) и направленный ответвитель (НО), имеющий переходное ослабление 4,76 дБ, параллельно ее стороне 2, выполненные на однократно перекрещивающихся связанных линиях, при этом два конца М, обращенные к стороне 2 диэлектрической подложки 1, являются Выходом 1 (Входом 1) и Выходом 2 (Входом 2) делителя мощности 2×3 (3×2), третий конец М соединен с одним концом первого отрезка микрополосковой линии 1МПЛ, а четвертый конец М соединен с одним концом второго отрезков микрополосковой линии 2МПЛ, при этом другой конец 1МПЛ соединен с одним концом НО (1НО), обращенным к стороне 2 диэлектрической подложки 1, другой конец 2НО направленного ответвителя, обращенный к той же стороне диэлектрической подложки, является третьим выходом (входом) - Выход 3 (Вход 3) делителя мощности 2×3 (3×2), а третий конец НО (3НО), расположенный с той же стороны, что и первый его конец, соединен с одним концом третьего 3МПЛ отрезка микрополосковой линии, четвертый конец НО (4НО) является вторым входом (выходом) - Вход 2 (Выход 2) делителя мощности 2×3 (3×2), при этом другой конец 2МПЛ соединен с одним выходом делителя мощности (ДМ) ДМ 1×2, а другой конец 3МПЛ соединен с другим выходом делителя мощности (ДМ) ДМ 1×2, состоящего из двух четвертьволновых трансформирующих отрезков А/4 между выходными концами которых 1ДМ и 2ДМ размещен балластный резистор R, а их входные концы соединены между собой в точке 3ДМ, являющейся Входом 1 (Выходом 1) делителя мощности 2×3 (3×2).

Делитель мощности 2×3 (3×2) работает следующим образом.

Входной сигнал подается на вход 1 (точка 3ДМ) или на вход 2 (точка 4НО). Если входной сигнал подан на вход 1, он распространяется двумя путями:

первый путь: 3ДМ -2ДМ-3НО после чего 2НО, т.е. выход 3 (вход 3) и 1НО-3М-1М и 2М, т.е. выходы 1 и 2 (входы 1 и 2);

второй путь: 3ДМ-1ДМ-4М-2М и 1М, т.е. выходы 1 и 2 (входы 1 и 2). На 3НО, т.е. на вход 2 (выход 2) входной сигнал не поступает.

Анализ коэффициентов передачи входного сигнала по всем выходам (входам) и входу 1 (выходу 1) делителя мощности 2×3 (3×2) при условии пренебрежения потерями в мосте, направленном ответвителе и в отрезках микрополосковой линии, а также в предположении одинаковых сдвигов фаз при прохождении сигналов в М и НО сводится к следующему: коэффициенты передачи входного сигнала, распространяющегося по первому пути, составляют минус 3 дБ в ДМ, минус 4,76 дБ в НО и минус 3 дБ в М. Таким образом, коэффициент передачи для части входного сигнала, попадающей на выходы 1 и 2 (входы 1 и 2) делителя мощности 2×3 (3×2), составляет минус 10,76 дБ. Коэффициенты передачи входного сигнала на выход 3 (вход 3) делителя мощности 2×3 (3×2) составляют минус 3 дБ в ДМ и минус 1,76 дБ в НО, т.е. минус 4,76 дБ. Коэффициенты передачи входного сигнала по второму пути составляют минус 3 дБ в ДМ и минус 3 дБ в М, т.е. минус 6 дБ на выходах 1 и 2 (входах 1 и 2) делителя мощности 2×3 (3×2).

При соблюдении равенства фаз коэффициентов передачи напряжения на средней частоте рабочего диапазона частот, приведенных к входам 3М и 4М, векторы напряжения сигналов на выходах 1 и 2 (входах 1 и 2), соответственно, будут складываться с учетом разности фаз между ними ж/2, при этом значение коэффициентов передачи пути 3ДМ-1М и 2М делителя мощности 2×3 (3×2) составляет минус 4,76 дБ.

Для обеспечения синфазного сложения двух частей входного сигнала, поступающего на 1М или 2М, необходимо обеспечить равенство электрических длин 2МПЛ и суммарной электрической длины 1МПЛ и 3МПЛ.

Если входной сигнал поступает на вход 2 делителя мощности 2×3 (3×2), он распространяется на выходы двумя путями:

первый путь: 4НО-2НО, т.е. выход 3 (вход 3), и при этом коэффициент передачи равен 4,76 дБ;

второй путь: 4НО-1НО-3М после чего 2М и 1М, т.е. выходы 1 и 2 (входы 1 и 2) делителя мощности 2×3 (3×2).

Коэффициенты передачи в НО составляют минус 1,76 дБ и в М - минус 3 дБ, а на выходах 1 и 2 (входах 1 и 2) делителя мощности 2×3 (3×2) коэффициенты передачи составляют минус 4,76 дБ. Входной сигнал, распространяющийся по второму пути, не поступает на 2НО и, соответственно, на вход 1 (выход 1) делителя мощности 2×3 (3×2).

Таким образом, в предложенном делителе мощности 2×3 (3×2) при поступлении входного сигнала на один из двух его входов (вход 1 (выход 1) или вход 2 (выход 2) осуществляется равномерное деление мощности между его выходами с коэффициентом передачи минус 4,76 дБ и развязки между двумя входами.

Предложенный делитель мощности 2×3 (3×2) является взаимным устройством, следовательно, все его свойства сохраняются при замене его выходов на входы, а входов на выходы. При этом сохраняется равномерность деления входных сигналов поступающего на один их трех входов между двумя выходами с коэффициентом передачи минус 4,76 дБ и развязка между входами. Вариант делителя мощности 3×2 отражен в скобках в названии предложенного делителя мощности и на рисунке 1.

Делитель мощности 2×3 (3×2) бортовой аппаратуры космических аппаратов, расположенный на диэлектрической подложке, на которой параллельно одной из ее сторон размещены мост и направленный ответвитель, имеющий переходное ослабление 4,76 дБ, выполненные на однократно перекрещивающихся связанных линиях,

при этом два конца моста, расположенные с разных его сторон, обращены к одной стороне диэлектрической подложки и являются первым и вторым выходами (входами) делителя мощности 2×3 (3×2), третий конец моста соединен с одним концом первой микрополосковой линии, а четвертый конец моста соединен с одним концом второй микрополосковой линии,

другой конец первого отрезка микрополосковой линии соединен с одним концом направленного ответвителя, который обращен к той же стороне диэлектрической подложки, другой конец направленного ответвителя, обращенный к той же стороне диэлектрической подложки, является третьим выходом (входом) делителя мощности 2×3 (3×2), третий конец направленного ответвителя, расположенный с той же стороны, что и первый его конец, соединен с одним концом третьего отрезка микрополосковой линии,

четвертый конец направленного ответвителя является вторым входом (выходом) делителя мощности 2×3 (3×2),

отличающийся тем, что в схему делителя мощности дополнительно введен микрополосковый делитель мощности 1×2 с коэффициентом деления 3 дБ, состоящий из двух четвертьволновых трансформирующих отрезков, между выходными концами которых размещен балластный резистор, при этом их входные концы соединены между собой в точке, являющейся первым входом (выходом) делителя мощности 2×3 (3×2),

один выход микрополоскового делителя мощности 1×2 соединен с другим концом второго отрезка микрополосковой линии, а другой выход микрополоскового делителя мощности 1×2 соединен с другим концом третьего отрезка микрополосковой линии,

при этом длина второго отрезка микрополосковой линии равна суммарной длине первого и третьего отрезков микрополосковой линии.