НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ Российский патент 2009 года по МПК H01P5/18 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиолокации, радионавигации, связи, антенных системах и радиоизмерениях как самостоятельное устройство, а также в качестве функционального узла для построения делителей мощности, смесителей, модуляторов, дискриминаторов, сумматоров мощности, диаграммообразующих элементов.

Известны направленные ответвители шлейфного типа («Конструирование и расчет полосковых устройств»/ Под ред. И.С.Ковалева, М., «Сов. радио», 1974, стр.148), состоящие из двух параллельных передающих полосковых волноводов, связанных рядом параллельных шлейфов. Длина шлейфов и расстояние между ними равны четверти длины волны в полосковом волноводе на средней частоте. Ответвленная в дополнительный канал мощность распространяется в нем в том же направлении, как и в основном полосковом волноводе. Фазовый сдвиг напряжений на выходных плечах такого ответвителя составляет 90°.

Недостатками этого технического решения являются сравнительно узкая рабочая полоса и относительно большие габаритные размеры.

Наиболее близким по технической сущности является направленный ответвитель, выполненный на симметричных полосковых линиях передачи («Конструирование и расчет полосковых устройств»/ Под ред. И.С.Ковалева, М., «Сов. радио», 1974 г., cтp.162-165) и представляющий собой полностью симметричное взаимное четырехплечное устройство (восьмиполюсник), осуществляющее направленный отбор некоторой части высокочастотного сигнала из одного (основного) в другой (дополнительный) канал. Он выполнен на трех диэлектрических платах симметричными полосковыми волноводами с фронтальной связью, расположенными параллельно заземленным пластинам. Длина области связи при этом составляет ~λ_н/4, где λ_н - длина волны в диэлектрике нижней границы частотного диапазона.

При идеальном согласовании одно из плеч дополнительного канала развязано, и мощность в него не поступает. Входная мощность при этом распределяется в двух других (рабочих) плечах направленного ответвителя в соответствии с выбранной величиной связи между каналами, а напряжения в рабочих плечах имеют фазовый сдвиг, равный 90°.

К недостаткам прототипа можно отнести большой разброс коэффициента передачи на краях рабочего диапазона, а также недостаточную развязку.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что направленный ответвитель размещен в металлическом корпусе и выполнен на двух разделенных средним диэлектрическим слоем фольгированных диэлектрических подложках, на которых нанесена топология направленного ответвителя, состоящая из четырех отрезков подводящих симметричных полосковых линий и области полосковых линий с фронтальной связью.

Новыми признаками заявляемого изобретения является то, что в топологию направленного ответвителя введены четыре согласующих отрезка симметричных полосковых линий с комплексным сопротивлением, выполняющих функции нерезонансных трансформаторов, включенные между подводящими симметричными полосковыми линиями и областью с фронтальной связью, причем длина и ширина согласующих отрезков симметричных полосковых линий выбирается из условия оптимального согласования, а величина диэлектрической проницаемости среднего диэлектрического слоя, либо не отличается от величины диэлектрической проницаемости подложки, либо отличается от нее на ±(20-30)%. Топология направленного ответвителя может быть нанесена либо с двух сторон среднего диэлектрического слоя либо на одной стороне среднего диэлектрического слоя и на противоположной ей стороне диэлектрической подложки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение рабочей полосы частот, снижение КСВН в рабочей полосе частот, уменьшение разброса коэффициента передачи, увеличение развязки, уменьшение габаритов.

На фиг.1 представлен пример выполнения направленного ответвителя.

На фиг.2 показана диаграмма согласования направленного ответвителя в полосе частот f_н - 1,55f_н, где f_н - нижняя граница полосы рабочих частот.

На фиг.3 представлена зависимость развязки от частоты в диапазоне f_н - 1,55f_н.

На фиг.4 показана зависимость коэффициента передачи направленного ответвителя от частоты в диапазоне f_н-1,55f_н.

Направленный ответвитель (фиг.1) состоит из двух внешних фольгированных диэлектрических подложек 1, разделенных средним диэлектрическим слоем 2. Топология заявляемого устройства содержит область электромагнитной связи 3, подводящие симметричные полосковые линии 4₁, 4₂ 4₃, 4₄ и четыре согласующих отрезка симметричных полосковых линий с комплексным сопротивлением 5₁, 5₂, 5₃, 5₄.

Направленный ответвитель работает следующим образом.

При подаче СВЧ-сигнала на вход 4₁ направленного ответвителя входная мощность распределяется в выходных плечах 4₃, 4₄ устройства в соответствии с выбранной величиной связи между каналами, которую можно варьировать, изменяя толщину среднего диэлектрического слоя 2, то есть зазор между проводниками области электромагнитной связи 3, а также их ширину. Согласующие отрезки полосковых линий 5₁, 5₂, 5₃, 5₄ используются для компенсации реактивного сопротивления, что приводит к уменьшению отражений сигнала на выходах устройства.

Как видно на фиг.2-4, при равноамплитудном делении значение КСВН на входах направленного ответвителя не превышает значения 1,15 во всем рабочем диапазоне, разброс коэффициента передачи составляет ±0,15 дБ, а развязка в данном случае не хуже 25 дБ.

Практическое преимущество использования средней диэлектрической платы с отличным от внешних плат значением диэлектрической проницаемости заключается в возможности получения устройства с уменьшенными габаритными размерами, а кроме того, позволяет осуществлять подбор средней платы по толщине из стандартного ряда фольгированных диэлектриков, что значительно упрощает технологию изготовления направленных ответвителей.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает создание малогабаритного широкополосного направленного ответвителя с малым значением КВСН на входах, улучшенной развязкой и уменьшенным разбросом коэффициента передачи во всем рабочем диапазоне частот.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиолокации, радионавигации, связи, антенных системах и радиоизмерениях как самостоятельное устройство, а также в качестве функционального узла для построения делителей мощности, смесителей, модуляторов, дискриминаторов, сумматоров мощности, диаграммообразующих элементов. Ответвитель размещен в металлическом корпусе и выполнен на двух разделенных средним диэлектрическим слоем фольгированных диэлектрических подложках, на которых нанесена топология направленного ответвителя, состоящая из четырех отрезков подводящих симметричных полосковых линий и области полосковых линий с фронтальной связью. Для расширения рабочей полосы частот, уменьшения разброса коэффициента передачи, увеличения развязки, уменьшения габаритов в топологию направленного ответвителя введены четыре согласующих отрезка симметричных полосковых линий с комплексным сопротивлением, выполняющих функции нерезонансных трансформаторов, включенные между подводящими симметричными полосковыми линиями и областью с фронтальной связью, причем длина и ширина согласующих отрезков симметричных полосковых линий выбирается из условия оптимального согласования, а величина диэлектрической проницаемости среднего диэлектрического слоя либо не отличается от величины диэлектрической проницаемости подложки, либо отличается от нее на ±(20-30)%. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Направленный ответвитель, размещенный в металлическом корпусе и выполненный на двух разделенных средним диэлектрическим слоем фольгированных диэлектрических подложках, на которые нанесена топология направленного ответвителя, состоящая из четырех отрезков подводящих симметричных полосковых линий и области полосковых линий с фронтальной связью, отличающийся тем, что в топологию направленного ответвителя введены четыре согласующих отрезка симметричных полосковых линий с комплексным сопротивлением, включенных между подводящими симметричными полосковыми линиями и областью с фронтальной связью, причем длина и ширина согласующих отрезков симметричных полосковых линий выбирается из условия оптимального согласования, а величина диэлектрической проницаемости среднего диэлектрического слоя либо не отличается от величины диэлектрической проницаемости подложки, либо отличается от нее на ±(20-30)%.

2. Направленный ответвитель по п.1, отличающийся тем, что топология направленного ответвителя нанесена с двух сторон среднего диэлектрического слоя.

3. Направленный ответвитель по п.1, отличающийся тем, что топология направленного ответвителя нанесена на одной стороне среднего диэлектрического слоя и на противоположной ей стороне диэлектрической подложки.