МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ Российский патент 2005 года по МПК H01P5/12 

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и, в частности, - к конструкции многоканального делителя мощности (ДМ), предназначенного для использования в составе антенных решеток с частотным сканированием. Многоканальный ДМ выполняет функции распределительного устройства и обуславливает основные характеристики антенн: сектор сканирования, диаграмму направленности в плоскости сканирования, КПД, а также массогабаритные характеристики и стоимость.

В широко используемых на практике антеннах с частотным сканированием (Сканирующие антенные системы СВЧ, перевод с англ. М.: Советское радио, 1966 г.) ДМ представляет собой синусоидальный (змейковый) волновод, свернутый в Е- или Н-плоскости, и периодическую систему ненаправленных ответвителей тройникового типа. Одни из недостатков таких ДМ является наличие так называемого “эффекта нормали”, обусловленного резонансом отражений от изгибов змейкового волновода и тройниковых ответвителей. Другой недостаток заключается в сравнительно большом разбросе амплитудно-фазовых распределений выходных сигналов, обусловленный отсутствием у тройниковых ответвителей направленных свойств. В более современной конструкции ДМ (Патент США №4742355) в качестве ответвителя мощности предлагается использовать волноводный направленный ответвитель (НО) со связью в виде системы щелей в общей широкой стенке двух волноводов. Однако несомненное улучшение электрических характеристик ДМ в этом случае достигается за счет чрезмерного усложнения конструкции и технологии изготовления.

Общим недостатком всех известных конструкций ДМ, ограничивающим возможности их совершенствования, следует считать наличие волноводных выходов. Конструкция ДМ по патенту США №4742355 является прототипом заявляемого изобретения.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в использовании в ДМ, в отличие от прототипа, в качестве элементов связи волноводно-полоскового направленного ответвителя с коаксиальными выводами на узкой стенке волноводного канала, а также в выборе длины витка змейкового волновода, равной нечетному числу полуволн на частоте нормали.

Волноводно-полосковый НО характеризуется целой совокупностью полезных свойств:

- широкополостностью (до 30%);

- большим диапазоном реализуемых связей (от минус 50-60 до минус 3-5 дБ);

- простотой и компактностью конструкции;

- наличием коаксиальных выводов.

Кроме того, существенным является и то, что основные характеристики волноводно-полоскового НО (неравномерность коэффициента связи, направленность и изменения фазы ответвленной волны) по мере увеличения коэффициента связи улучшается, тогда как у волноводных НО они ухудшаются.

На фиг.1 показан общий вид ДМ с замедляющей структурой в виде змейкового волновода, свернутого в Е-плоскости, и расположение системы направленных ответвлений. На фиг.2 приведена конструкция волноводно-полоскового направленного ответвителя.

Конструктивно ДМ состоит из двух механически соединяемых половин 1 и 2. Плоскость раздела проходит через осевые линии волноводных каналов. Сечение волноводного канала 3, координаты коаксиальных выводов 7, радиусы 180-градусных изгибов 11 выбраны с учетом кратности длины витка замедляющей структуры и расстояния между соседними ответвителями нечетному числу полуволн на средней частоте рабочей полосы. Волноводный вход 4 и фланец 5 могут быть стандартными. Согласование волновода змейки со стандартным входом обеспечивается ступенчатым переходом 6.

Основным элементом направленного ответвителя является плоский П-образный проводник 9, который размещается в волноводном канале змейки вблизи узкой стенки под углом к широким. Концы проводника 9 конструктивно и электрически связаны с коаксиальным выводом 7 и полосковой нагрузкой 10 через отверстия 8. Коэффициент связи коаксиального вывода 7 с волноводом 3 при выбранных размерах 1 и S проводника 9 определяется углом наклона плоскости проводника 9 к оси волноводного канала (или широким стенкам). Поперечные размеры W и t проводника 9 определяются условием согласования полосковой линии с коаксиальным выводом 7, волновое сопротивление которого, также как и входное сопротивление полосковой нагрузки 10, может быть стандартным (50 Ом). Длина проводника 1 выбирается из условия получения лучшего согласования со стороны волноводного канала (примерно полуволновой длины) и направленности. Для присоединения к коаксиальным выводам делителя излучающих линеек антенной решетки служит общий фланец 12.

Экспериментальный образец 36-канального делителя мощности, выполненный на волноводе сечением 72×34 мм, при длине витка змейкового волновода, равной 2,5 λ_в (λ_в - длина волны в змейковом волноводе на средней частоте рабочей полосы), характеризуется следующими параметрами:

- рабочая полоса частот - 7,5%;

- коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) на частоте резонанса - не более 1,5;

- распределение мощности по выходам делителя - неравномерное с перепадом 10 дБ;

- допустимый уровень импульсной мощности - не менее 250 КВт при средней до 7 КВт;

- коэффициент полезного действия (КПД) – 90%;

- габариты - 290×36×9 см;

- масса - 84 кг.

Амплитудно-фазовое распределение сигналов на выходах ДМ обеспечивает максимальный уровень боковых лепестков антенны в плоскости сканирования не более минус 30 дБ.

Многоканальный делитель мощности относится к радиотехнике СВЧ и предназначен, в частности, для использования в составе антенных решеток с частотным сканированием. Многоканальный делитель мощности содержит замедляющую структуру в виде змейкового волновода, свернутого в Е-плоскости, и периодическую систему направленных ответвителей. В качестве элемента системы направленных ответвителей применен волноводно-полосковый направленный ответвитель с коаксиальным выводом и полосковой нагрузкой на узкой стенке волновода. Период змейкового волновода и периодичность расположения направленных ответвителей выбраны равными нечетному числу полуволн на средней частоте рабочей полосы. Техническим результатом является улучшение электрических характеристик, уменьшение габаритов и упрощение конструкции антенных решеток. 2 ил.

Многоканальный делитель мощности для антенных решеток с частотным сканированием, содержащий замедляющую структуру в виде змейкового волновода, свернутого в Е-плоскости, и периодическую систему направленных ответвителей, отличающийся тем, что в качестве элемента системы направленных ответвителей применен плоский П-образный проводник, размещаемый в волноводном канале вблизи узкой стенки под углом к широким, концы которого соединены с коаксиальным выводом и полосковой нагрузкой, а сечение волноводного канала, координаты коаксиальных выводов, радиусы 180-градусных изгибов выбраны с учетом кратности длины витка замедляющей структуры и расстояния между соседними ответвителями нечетному числу полуволн на средней частоте рабочей полосы.