НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК H01P5/18 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в приемопередающей аппаратуре дециметрового и сантиметрового диапазона длины волн.

Известны технические решения направленных ответвителей, которые хорошо компонуются в балансной схеме, например направленные ответвители (НО) "Ланге", шлейфный НО.

Недостатком этих устройств является нетехнологичность НО "Ланге", так как требуется высокая точность изготовления топологии, трудность установки перемычек из-за узких зазоров ( ≈ 70 мкм) и проводников ( ≈140 мкм). Шлейфный НО является узкополосным устройством и его габариты значительно превышают габариты предлагаемого НО.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является направленный ответвитель "де Ронде" на комбинации щелевой и микрополосковой (МПЛ) линиях передач.

Недостатком этого ответвителя является то, что он имеет противонаправленный тип направленности, т.е. мощность, поданная в первое плечо, выделяется во втором и четвертых плечах, а третье плечо развязано. Использование такого НО в балансных схемах крайне затруднено, так как в этих схемах требуется как электрическая, так и геометрическая симметрия плеч. Кроме того, параметры НО очень зависят от точности совмещения относительно друг друга рисунков топологии на разных сторонах подложки.

Целью изобретения является обеспечение сонаправленного деления мощности и снижение требований к точности изготовления.

Для этого вводится симметричный двухпроводной кабель с волновым сопротивлением ≈ 60 Ом и длиной λ /4. При этом обеспечивается дополнительный фазовый набег 180^о благодаря инверсному подключению симметричного кабеля к МПЛ, т. е. первый проводник входа симметричного кабеля соединяется с МПЛ, этот же проводник симметричного кабеля, но на его выходе соединяется с центральным проводником копланарной линии длиной λ/4, разомкнутой на конце, в то же время второй проводник симметричного кабеля соединяется по входу кабеля с центральным проводником копланарной линии длиной λ/4, разомкнутой на конце, а по выходу кабеля его второй проводник соединен с МПЛ. Корпусные входы копланарной линии соединены с одним выходом щелевой линии, а корпусные входы копланарной линии с другим выходом щелевой линии.

Наличие дополнительного фазового набега 180^о в симметричном кабеле относительно параллельного микрополоскового шлейфа обеспечивает сложение сигналов в третьем плече предлагаемого НО и вычитание сигналов в четвертом плече. Таким образом обеспечивается сонаправленный тип направленности предлагаемого НО. Изменением места подключения симметричного кабеля к МПЛ обеспечивает возможность регулировки коэффициента связи НО, т.е. устраняется погрешность в совмещении рисунков топологий на разных сторонах подложки.

На фиг.1 изображена конструкция предлагаемого ответвителя; на фиг.2-4 - экспериментальные характеристики макета предлагаемого НО.

Направленный ответвитель работает следующим образом.

Сигнал, поданный в плечо 1 НО разветвляется пропорционально волновым сопротивлениям: в нагрузку плеча 2, щелевую линию и симметричный кабель. При этом вход симметричного кабеля одним проводом соединен с МПЛ 5, а другим проводом кабель соединяется с центральным проводником четвертьволнового разомкнутого на конце отрезка копланарной линии 9, это обеспечивает электрическое соединение второго провода по входу симметричного кабеля с корпусной шиной. В то же время для волны в щелевой линии копланарная линия, подключенная к щелевой линии своими корпусными входами, представляет собой холостой ход.

Для того, чтобы обеспечить сонаправленный тип направленности НО сигналы, поступающие в третье плечо НО из щелевой линии и из симметричного кабеля должны быть синфазны, а сигналы, поступающие в четвертое плечо НО - противофазны. Это условие будет выполняться, если сигнал, поступающий в МПЛ 6 из симметричного кабеля, будет иметь дополнительный фазовый набег 180^о по сравнению с фазой сигнала, который поступал бы из параллельного шлейфа известного НО.

Чтобы обеспечить дополнительный фазовый набег 180^о, первый провод симметричного кабеля, который по входу соединяется с МПЛ 5, по выходу кабеля соединяется с центральным проводником разомкнутого на конце четвертьволнового отрезка копланарной линии 10, корпусные входы которого соединены с выходом щелевой линии, т.е. электрически соединяется с корпусной шиной.

Второй провод симметричного кабеля, который по входу кабеля соединяется с центральным проводником, по выходу кабеля соединяется с МПЛ 6. При этом сохраняя величины волновых сопротивлений щелевой линии предлагаемого и известного НО, а также обеспечив сопротивление симметричного кабеля ≈60 Ом, выполняется амплитудное равенство сигналов, возбужденных в МПЛ 6 как щелевой линией, так и симметричным кабелем. Сигналы, возбужденные в МПЛ 6 щелевой линией, поступают в плечо 3 и плечо 4 НО в противофазе, а сигналы, возбужденные в МПЛ 6 симметричным кабелем, поступают в плечо 3 и плечо 4 НО в фазе, при этом в плече 3 сигналы складываются, а в плече 4 - вычитаются.

На фиг.2-4 показаны графики зависимостей параметров предлагаемого НО от частоты, приняты следующие обозначения:
С₁₂ - коэффициент передачи из плеча 1 в плечо 2;
С₁₃ - коэффициент передачи из плеча 1 в плечо 3;
С₁₄ - коэффициент передачи из плеча 1 в плечо 4;
К_ст - коэффициент стоячей волны по входу плеча 1 НО в 50-Омном тракте при условии нагрузки плеч 2, 3, 4 на согласованные нагрузки 500 м.

Применение направленного ответвителя значительно упрощает топологию балансных схем, отсутствие жестких требований к совмещению рисунков на разных сторонах подложки значительно упрощает технологию изготовления.

Использование: расширение и суммирование мощности между линиями передачи. Сущность изобретения: направленный ответвитель содержит первую микрополосковую линию, перекрывающуюся со щелевой линией, выполненной в металлическом основании, и вторую микрополосковую линию, перекрещивающуюся со щелевой линией на расстоянии, равном четверти длины волны от первой. Входы и выходы микрополосковых линий образуют плечи направленного ответвителя к каждому концу отрезка щелевой линии подключен четвертьволновой отрезок копланарной линии, разомкнутый на конце. Отрезок симметричного кабеля имеет четвертьволновую длину, первый проводник которого на одном конце подключен к первой микрополосковой линии в месте перекрещивания ее со щелевой линией, второй проводник подключен к центральному проводнику отрезка копланарной линии, а на другом конце отрезка симметричного кабеля первый проводник подключен к центральному проводнику отрезка копланарной линии, а второй проводник - к второй микрополосковой линии в месте пересечения ее со щелевой линией. 4 ил.

НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ, содержащий первую микрополосковую линию, перекрещивающуюся с щелевой линией, выполненной в металлическом основании, и вторую микрополосковую линию, перекрещивающуюся с щелевой линией на расстоянии, равном четверти длины волны от первой, при этом входы и выходы микрополосковых линий образуют плечи направленного ответвителя, отличающийся тем, что, с целью обеспечения сонаправленного деления мощности и снижения требований к точности изготовления, к каждому концу отрезка щелевой линии подключен соответствующий введенный четвертьволновый отрезок копланарной линии, разомкнутый на конце, и введен отрезок симметричного кабеля, имеющего четвертьволновую длину, на одном конце которого первый проводник подключен к первой микрополосковой линии в месте перекрещивания ее с щелевой линией и второй проводник подключен к центральному проводнику отрезка копланарной линии, а на другом конце отрезка симметричного кабеля первый проводник подключен к центральному проводнику отрезка копланарной линии, а второй проводник - к второй микрополосковой линии в месте пересечения ее с щелевой линией.