ДЕЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ Российский патент 1995 года по МПК H01P1/12 

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для распределения мощности в СВЧ-трактах.

Известен волноводный делитель мощности, содержащий отрезок волновода, вдоль продольной оси которого параллельно широкой стенке установлена металлическая пластина [1] В V-образном вырезе металлической пластины размещена с зазором поглощающая пластина с нанесенными электропроводящими полосками. Использование поглощающей пластины обеспечивает высокий уровень развязки выходных плеч, но ограничивает уровень рабочей мощности делителя допустимой мощностью рассеивания на поглощающей пластине. Отсутствие четвертого плеча не позволяет использовать известный делитель в качестве гибридного устройства.

Более высокий уровень рабочей мощности имеет делитель мощности в виде двойного волноводного тройника, в котором развязка выходных плеч обеспечивается наличием четвертого выхода [2] Однако этот делитель имеет узкий диапазон рабочих частот, ограниченный диапазон частот, в котором возможно согласование сложной неоднородности сочленения четырех волноводов.

Известен также делитель мощности, который содержит симметричный волноводный тройник в Е-плоскости, образованный соединенными основным и дополнительным волноводами [3] Через широкую стенку основного волновода, противоположную стенке, к которой подключен дополнительный волновод, к тройнику подключена коаксиальная линия. Внутренний проводник коаксиальной линии соединен с возбуждающим штырем, расположенным по оси симметрии тройника.

Это устройство имеет узкий диапазон частот согласования со стороны выходов и развязки между выходами из-за того, что возбуждающий штырь в волноводе имеет резонансную характеристику с узким диапазоном частот согласования со стороны коаксиального входа.

Цель изобретения создание делителя высокого уровня мощности, имеющего широкий диапазон рабочих частот.

Это достигается тем, что в делитель мощности, содержащий основной волновод и подключенный к нему через первую широкую стенку дополнительный волновод, образующие волноводный тройник в Е-плоскости, и коаксиальную линию, подключенную к основному волноводу через вторую его широкую стенку так, что ее ось симметрии совпадает с осью симметрии тройника, введена металлическая пластина четвертьволновой длины, размещенная вдоль продольной оси дополнительного волновода параллельно его широким стенкам с зазором относительно второй широкой стенки основного волновода и соединенная с узкими стенками основного и дополнительного волноводов, при этом внутренний проводник коаксиальной линии соединен с близлежащим торцом металлической пластины.

Основной волновод и дополнительный волновод могут быть выполнены в виде П- и Н-волноводов соответственно. Это обеспечивает дополнительное увеличение диапазона рабочих частот.

Расширение диапазона частот согласования со стороны выходов делителя мощности и развязки между выходами обеспечивается за счет компенсирующего влияния четвертьволновых закороченных шлейфов на щелевой линии, образованной торцом металлической пластины и второй широкой стенкой основного волновода.

На фиг.1 изображен предлагаемый делитель мощности, разрез по плоскости, проходящей через середины широких стенок волноводов тройника; на фиг.2 то же, вид сбоку; на фиг. 3 то же, вид сверху; на фиг.4 эквивалентная схема делителя мощности в режиме противофазного возбуждения; на фиг.5 то же, в режиме синфазного возбуждения.

Предлагаемый делитель мощности содержит Т-тройник в Е-плоскости, состоящий из отрезка волновода 1, соединяющего выходы делителя вых.1 и вых.2, и отрезка волновода 2, подключенного одним концом к волноводу 1 через первую широкую стенку волновода 1. Другой конец отрезка волновода 2 является первым входом делителя вх. 1. Через вторую широкую стенку волновода 1 к нему присоединен одним концом отрезок коаксиальной линии 3, ось симметрии которого совпадает с осью симметрии входного волновода 2. Другой конец коаксиальной линии 3 является вторым входом делителя вх.2.

Внутри волновода 2 параллельно его широким стенкам посередине расположена металлическая пластина 4, края которой соединены с узкими стенками волноводов 1 и 2. Между торцом пластины 4 и второй (нижней) широкой стенкой волновода 1 имеется зазор 5 шириной S_щ. К этому торцу пластины 4 подключен внутренний проводник 6 коаксиальной линии 3.

Длина пластины 4 выбирается равной четверти длины волны на средней частоте рабочего диапазона частот.

Волновые сопротивления входного волновода 2 ρ_вх, выходного волновода 1 ρ _вых и коаксиальной линии 3 ρ_к, а также ширина зазора 5 S_щвыбираются исходя из анализа делителя методом синфазно-противофазного возбуждения.

При синфазном возбуждении (см. фиг.4), когда в плоскости симметрии расположена плоскость короткого замыкания, делитель представляет собой отрезок линии передачи. Учитывая, что длина металлической пластины 4 равна четверти длины волны, идеальное согласования во всем диапазоне частот волновода достигается при выполнении условия
2ρ_к≥ ρ_вых=
(1)
При синфазном возбуждении (см. фиг.5) делитель представляет собой двухзвенный полосовой фильтр, состоящий из последовательного разомкнутого шлейфа на отрезке входного волновода 2 и параллельного короткозамкнутого шлейфа на щелевой линии, образованной торцом пластины 4 и второй широкой стенкой волновода 1 (зазор 5).

Учитывая, что длина щелевой линии (зазора 5) равна примерно половине длины волны на средней частоте диапазона и что Г-образное звено шлейфового фильтра имеет трансформирующие свойства, наиболее широкий диапазон частот согласования схемы (см. фиг.4-5) реализуется при выполнении условия (1) и условия
ρ_щ 2 ρ_к (2)
Выбранное значение волнового сопротивления щелевой линии ρ_щобеспечивается при заданной толщине пластины шириной зазора 5 S_щ.

Выполнение входного 2 и выходного 1 волноводов соответственно в виде П- и Н-волновода позволяет обеспечить требуемые значения волновых сопротивлений ρ_вых и ρ_вх в более широком диапазоне частот.

Предлагаемый делитель мощности работает следующим образом.

СВЧ-мощность, поступающая на вход вх.1 делителя в силу полной симметрии устройства делится пополам между волноводными выходами вых.1 и вых.2. При этом на вх.2 мощность не поступает, так как вектор электрического поля перпендикулярен пластине 4 и СВЧ-сигнал в коаксиальной линии 3 не возбуждается. Делитель в режиме деления с входа вх.1 эквивалентен схеме при противофазном возбуждении (см. фиг.4), и так как волновые сопротивления входного 2 и выходного 1 волноводов удовлетворяют условию (1), идеально согласован во всем диапазоне частот волновода.

При подаче СВЧ-мощности на коаксиальный вход вх.2 схема делителя является схемой при синфазном возбуждении (см. фиг.5) и при выполнении условий (1) и (2) входное сопротивление последовательного разомкнутого шлейфа на отрезке входного волновода 2 компенсируется входной проводимостью параллельного короткозамкнутого шлейфа на щелевой линии, т.е. делитель согласован в широком диапазоне частот.

Поскольку развязка между выходами вых.1 и вых.2 и согласование со стороны выходов вых.1 и вых.2 определяется параметрами делителя при синфазном и противофазном возбуждении, заданные значения этих величин обеспечиваются в широком диапазоне частот.

Таким образом, если в прототипе диапазон рабочих частот ограничен резонансной характеристикой возбуждающего штыря, то предлагаемый делитель работает во всем диапазоне частот волновода, а его допустимый уровень рабочей мощности определяется допустимой рабочей мощностью волновода.

Использование: распределение мощности в СВЧ-трактах. Сущность изобретения: делитель мощности содержит основной волновод, дополнительный волновод, подключенный к основному волноводу через первую широкую стенку, и коаксиальную линию, подключенную к основному волноводу через вторую его широкую стенку. Ось симметрии коаксиальной линии совпадает с осью симметрии волноводного тракта в Е-плоскости, образованного основным и дополнительным волноводами. Вдоль продольной оси дополнительного волновода параллельно его широким стенкам с зазором относительно второй широкой стенки основного волновода расположена металлическая пластина четвертьволновой длины. Внутренний проводник коаксиальной линии соединен с близлежащим торцом металлической пластины. Металлическая пластина соединена с узкими стенками основного и дополнительного волноводов. Основной и дополнительный волноводы могут быть выполнены в виде П- и Н-волноводов соответственно, что обеспечивает дополнительное увеличиение диапазона рабочих частот. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. ДЕЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, содержащий основной волновод и подключенный к нему через первую широкую стенку дополнительный волновод, образующие волноводный тройник в Е-плоскости, и коаксиальную линию, подключенную к основному волноводу через его вторую стенку и ось симметрии которой совмещена с осью симметрии волноводного тройника в Е-плоскости, отличающийся тем, что введена металлическая пластина четвертьволновой длины, размещенная вдоль продольной оси дополнительного волновода параллельно его широким с зазором относительно второй широкой стенки основного волновода, длиной, равной примерно половине длины волны на средней частоте диапазона, и соединенная с узкими стенками основного и дополнительного волноводов, при этом внутренний проводник коаксиальной линии соединен с ближайшим торцом металлической пластины. 2. Делитель по п. 1, отличающийся тем, что основной и дополнительный волноводы выполнены в виде П- и Н-волновода соответственно.