УСТРОЙСТВО ДЕЛЕНИЯ И СУММИРОВАНИЯ РАДИОЧАСТОТНОЙ МОЩНОСТИ Российский патент 1999 года по МПК H01P5/12 

Настоящее изобретение относится к устройству деления и суммирования радиочастотной мощности, более конкретно, к устройству деления и суммирования радиочастотной мощности, реализованному с использованием микрополосковой линии и элементов с сосредоточенными параметрами.

Предшествующий уровень техники.

В обычных системах радиосвязи устройство деления и суммирования мощности в общем случае используется в усилителе радиочастотной мощности для объединения радиочастотной мощности. Такое устройство деления и суммирования мощности реализуется с использованием линии передачи с центральным проводником, микрополосковой линии или 3 дБ гибридного ответвителя.

Устройство деления и суммирования мощности, которое реализовано с использованием линии передачи, выполненной по печатной технологии (микрополосковой линии) на подложке, предназначено для преобразования импеданса с использованием четвертьволнового (λ/4) отрезка полосковой линии (где λ - длина волны). В этом случае входной и выходной выводы делителя мощности соответственно образованы 50-омными линиями, а четвертьволновый отрезок полосковой линии рассчитан на основе 70,7-омной линии передачи для обеспечения согласования импедансов. Известно, что длина линии передачи определяется на основе функционального соотношения между диэлектрической проницаемостью подложки и частотой. Т.е. длина линии передачи увеличивается по мере того как диэлектрическая проницаемость и частота снижаются. Поэтому непростой задачей является реализация четвертьволновой полосковой линии в условиях ограниченного пространства (подложки) в диапазоне ультравысоких частот. А именно, если реализация на основе четвертьволновой полосковой линии используется в диапазоне ультравысоких частот, то габариты усилителя мощности становятся слишком большими.

На фиг. 1 представлен усилитель мощности, который реализован с использованием 3 дБ гибридного ответвителя (или 90^o гибридного ответвителя). Как показано на чертеже, радиочастотный входной сигнал с входного вывода подается на гибридную входную схему 110. Сигналы на выходных выводах гибридной входной схемы 110 имеют одну и ту же интенсивность сигнала и сдвинуты по фазе на 90^o. В усилителе мощности, показанном на фиг. 1, потребление тока транзисторов 114A и 114B различается одно от другого, в соответствии с характеристикой обратных потерь в нагрузке. Различное потребление тока может вызвать повреждение одного из транзисторов, в частности того, который характеризуется более высоким потреблением тока. В результате усилитель мощности выйдет из строя или будет работать с пониженным выходным уровнем.

Как видно из круговой диаграммы полных сопротивлений (диаграммы Вольперта-Смита), представленной на фиг. 2, потребление тока изменяется в соответствии с характеристикой нагрузки. А именно, с учетом фиг. 2, рассмотрим годограф полного сопротивления 202 при выходной мощности ниже примерно на 1 дБ, чем выходная мощность в оптимальной точке 201, при которой генерируется максимальная мощность усилителя мощности, с учетом его характеристики. При этом предполагается, что коэффициент отражения выходной нагрузки равен ρ_L ∠ Ф_L, коэффициент отражения, приведенный к точке A на фиг. 1, представлен как ГА = ρ_L,∠ Ф_L+θ, а коэффициент отражения, приведенный в точку B, представлен как ГВ = ρ_L, ∠ Ф_L+θ+180^°. Например, если для тока имеет место соотношение I2< I1 = I3< I4, как показано на фиг. 2, то коэффициент отражения ГА соответствует положению (4), а коэффициент отражения ГВ соответствует положению (2). В результате транзистор 114A имеет минимальное потребление тока, а транзистор 114B имеет максимальное потребление тока, результатом чего является разность в максимальном потреблении тока между двумя транзисторами. В результате температура перехода транзистора 114B возрастает, что может привести к серьезным повреждениям транзистора 114B.

Как описано выше, если усилитель мощности реализован на микрополосковой линии, то габариты усилителя мощности возрастают весьма существенно. Кроме того, если усилитель мощности реализован с использованием 3 дБ гибридного ответвителя, то выходные сигналы и потребление тока транзисторов 114A и 114B усилителя мощности изменяется в соответствии с нагрузочной характеристикой (т.е. коэффициентом отражения).

Сущность изобретения.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства деления и суммирования мощности, обеспечивающего возможность уменьшения габаритов усилителя мощности при реализации усилителя мощности с использованием микрополосковой линии.

Другой задачей изобретения является создание устройства деления суммирования мощности, обеспечивающего устранение разбаланса потребления тока согласно изменениям нагрузки при реализации усилителя мощности с использованием 3 дБ гибридного ответвителя.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, устройство деления и суммирования радиочастотной мощности содержит входной вывод, первый и второй выходные выводы, первую микрополосковую линию, соединенную с входным выводом, вторую микрополосковую линию, соединенную с входным выводом, вторую микрополосковую, соединенную по вертикали с первой микрополосковой линией, первый конденсатор, включенный между серединой второй микрополосковой линии и заземлением, первую катушку индуктивности, один конец которой соединен с концом второй микрополосковой линией, вторую катушку индуктивности, один конец которой соединен с другим концом второй микрополосковой линии, второй конденсатор, включенный между другим концом первой катушки индуктивности и другим концом второй катушки индуктивности, третью микрополосковую линию, включенную между другим концом первой катушки индуктивности и первым выходным выводом, четвертую микрополосковую линию, включенную между другим концом второй катушки индуктивности и вторым выходным выводом, и резистор, включенный параллельно второму конденсатору.

Краткое описание чертежей.

Вышеуказанные и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения будет более очевидны из последующего детального описания приема его осуществления, иллюстрируемого чертежами, на которых представлено следующее:
Фиг. 1 - схема усилителя радиочастотной мощности, реализованного с использованием 3 дБ гибридного ответвителя, соответствующего известному уровню техники;
Фиг. 2 - круговая диаграмма полных сопротивлений, приведенная для пояснения того, что потребление тока усилителя радиочастотной мощности изменяется в соответствии с нагрузочной характеристикой;
Фиг. 3 - принципиальная схема устройства деления и суммирования радиочастотной мощности, соответствующего предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 4 - эскиз реальной конструкции устройства деления и суммирования радиочастотной мощности по фиг. 3, выполненной на подложке.

Детальное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения.

Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения будет описан ниже более детально со ссылками на чертежи, на которых одинаковым ссылочными позициями обеспечены одинаковые элементы. Кроме того, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что многие из признаков, например такие, как конкретные схемные элементы, представлены в описании только в качестве примера для более наглядной иллюстрации изобретения, которое может быть реализовано и без использования именно этих конкретных элементов. Кроме того, следует иметь в виду, что детальное описание соответствующего предшествующего уровня техники может быть намеренно опущено, если ясно, что оно не является необходимым для понимания сущности настоящего изобретения. Термины, использованные в описании, определены с учетом функций, выполняемых в изобретении, и поэтому могут быть заменены на другие термины в соответствии с обычной практикой или по желанию пользователя или разработчика интегральных схем. Предпочтительным образом, используемые термины должны быть определены на базе сведений, содержащихся в настоящем описании.

На фиг. 3 показано устройство деления и суммирования радиочастотной мощности, соответствующее изобретению, причем устройство деления и суммирования мощности содержит гибридную схему и с первой по четвертую микрополосковые линии 301, 302, 303 и 304. Более конкретно, первая микрополосковая линия 301 соединена с входным выводом ВХОД, вторая микрополосковая линия 302 подсоединена по вертикали к первой микрополосковой линии 301. Первый конденсатор C1 подсоединен между серединой второй микрополосковой линии 302 и заземлением. Первая катушка индуктивности L1 одним своим концом соединена с одним концом второй микрополосковой линии 302, а вторая катушка индуктивности L2 соединена одним своим концом с другим концом второй микрополосковой линии 302. Второй конденсатор C2 подсоединен между другим концом первой катушки индуктивности L1 и другим концом второй катушки индуктивности L2. Третья микрополосковая линия 303 подсоединена между другим концом первой катушки индуктивности L1 и первым выходным выводом ВЫХОД 1. Четвертая микрополосковая линия 304 подсоединена между другим концом второй катушки индуктивности L2 и вторым выходным выводом ВЫХОД 2. Резистор R1 подсоединен параллельно второму конденсатору C2.

Следует отметить, что первая и вторая катушки индуктивности L1 и L2 выполнены в виде катушек с воздушным сердечником, а первый и второй конденсаторы C1 и C2 представляют собой высокочастотные бескорпусные конденсаторы. Гибридная схема, содержащая катушки индуктивности L1 и L2, конденсаторы C1 и C2 и резистор R1, служит четвертьволновой линией передачи на подложке. Каждая из микрополосковых линий 301, 302, 303, 304 выполнена на телефонной подложке с использованием 50-омной линии передачи и плоского конденсатора. А именно, каждая из микрополосковых линий включает 50-омную линию толщиной около 2,2 мм, образованную на тефлоновой подложке с диэлектрической проницаемостью 2,5. Резистор R1 представляет собой развязывающий резистор номиналом 100 Ом на 100 Вт для обеспечения развязки первого выходного вывода ВЫХОД 1 относительно второго выходного вывода ВЫХОД 2. Первая и вторая катушка индуктивности L1 и L2 имеют одинаковую индуктивность и связаны с бескорпусными конденсаторами C1 и C2 для осуществления деления и суммирования входной мощности на входном выводе ВХОД.

На фиг. 4 показана реальная компоновка устройства деления и суммирования радиочастотной мощности по фиг. 3, размещенного на подложке. Как показано на чертеже, поскольку устройство деления и суммирования радиочастотной мощности, соответствующее настоящему изобретению, имеет симметричную структуру, входные импедансы на обоих входных (или выходных) выводах равны друг другу по отношению к изменениям нагрузки (потерям отражения, разности фаз) на выходной стороне. В принципе разница в потреблении тока транзисторов 114A и 114B зависит от степени рассогласования выходной согласующей схемы. Однако в устройстве суммирования, соответствующем изобретению, при изменении нагрузки эффекты, сопровождающие изменение нагрузки, воздействуют в одинаковой мере на транзисторы 114A и 114B, так что баланс тока может поддерживаться.

Как описано выше, линия передачи реализована с использованием элементов с сосредоточенными параметрами, так что габариты усиления мощности могут быть уменьшены. Кроме того, поскольку катушка с воздушными сердечниками и бескорпусные конденсаторы служат в качестве фильтра нижних частот, устройство деления и суммирования мощности, соответствующее изобретению, может обеспечивать удаление высоких гармоник и нежелательных частотных составляющих. Поэтому по сравнению с 3 дБ гибридным ответвителем, устройство деления и суммирования мощности, соответствующее изобретение, обладает свойствами низкочастотной фильтрации на 20 - 30 дБ. Кроме того, поскольку устройство деления и суммирования мощности, соответствующее изобретению, представляет собой синфазный делитель/сумматор, то оно обладает симметричной структурой. Поэтому проблема разбаланса, связанная с изменением нагрузки, может быть решена, так что усилитель мощности может иметь повышенную надежность.

Хотя настоящее изобретение было описано выше на конкретном примере его осуществления, однако ясно, что различные изменения и модификации основных признаков, лежащих в основе изобретения и раскрытых в настоящем описании, очевидны для специалистов в данной области техники, должны рассматриваться как соответствующие сущности и объему изобретения, в том виде как определено в формуле изобретения.

Устройство деления и суммирования радиочастотной мощности предотвращает разбаланс потребления тока в соответствии с вариациями нагрузки. Техническим результатом является уменьшение габаритов усилителя мощности при реализации данного устройства в усилителе мощности. Устройство деления и суммирования радиочастотной мощности, отличается тем, что содержит входной вывод, первый и второй выходные выводы, первую микрополосковую линию, соединенную с входным выводом, вторую микрополосковую линию, соединенную вертикально с первой микрополосковой линией, первый конденсатор, подсоединенный между серединой второй микрополосковой линии и заземлением, первую катушку индуктивности, подсоединенную своим одним концом к одному концу второй микрополосковой линии, вторую катушку индуктивности, подсоединенную одним своим концом к другому концу второй микрополосковой линии, второй конденсатор, подсоединенный между другим концом первой катушки индуктивности, третью микрополосковую линию, подсоединенную между другим концом первой катушки индуктивности и первым выходным выводом, четвертую микрополосковую линию, подсоединенную между другим концом второй катушки индуктивности и вторым выходным выводом, и резистор, соединенный параллельно второму конденсатору. 5 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство деления и суммирования радиочастотной мощности, содержащее входной вывод, первый и второй выходные выводы, первую микрополосковую линию, один конец которой соединен со входным выводом, вторую микрополосковую линию, соединенную вертикально, в той же плоскости, где расположена первая микрополосковая линия, с другим концом первой микрополосковой линии, третью микрополосковую линию, один конец которой соединен с первым выходным выводом, четвертую микрополосковую линию, один конец которой соединен со вторым выходным выводом, первый конденсатор, подсоединенный между серединой второй микрополосковой линии и заземлением, резистор, подсоединенный между другими концами третьей и четвертой микрополосковых линий, и второй конденсатор, подсоединенный параллельно с резистором, отличающееся тем, что первая катушка индуктивности соединена одним своим концом с одним концом второй микрополосковой линии и соединена другим своим концом с другим концом третьей микрополосковой линии, вторая катушка индуктивности соединена одним своим концом с другим концом второй микрополосковой линии и соединена другим своим концом с другим концом четвертой микрополосковой линии. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первая и вторая катушки индуктивности выполнены в виде катушек индуктивности с воздушным сердечником, имеющих одинаковую индуктивность. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый и второй конденсаторы выполнены в виде высокочастотных бескорпусных конденсаторов. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая из микрополосковых линий с первой по четвертую выполнена на подложке и содержит линию передачи и плоский конденсатор, причем линия передачи имеет толщину 2,2 мм и сопротивление 50 Ом. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что подложка выполнена из тефлона и имеет диэлектрическую проницаемость 2,5. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что резистор представляет собой развязывающий резистор на 100 Ом и 100 Вт, предназначенный для развязки первого выходного вывода и второго выходного вывода.