ДЕЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ Российский патент 2013 года по МПК H01P5/12 

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использовано в качестве схем сложения транзисторных усилителей мощности (УМ), используемых в предварительных и оконечных каскадах. Область применения - дециметровый, метровый и нижняя часть сантиметрового диапазона.

Известен делитель мощности, содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи (ОЛП) к выходным плечам, при этом между выходными плечами включен балластный резистор, а к его средней точке подключен шлейф, короткозамкнутый на конце (а.с. №1798840, СССР, Н01Р 5/12).

Однако в указанном делителе мощности коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) входа равно КСВН нагрузки. В связи с этим, такое устройство не предназначено для работы с рассогласованными нагрузками.

Кроме того, известен делитель мощности (Гурова И.И. Влияние частотных свойств СВЧ-мостов на широкополосность усилительных каскадов со сложением мощности // Известия вузов, 1974, том 17, №10), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые (ОЛП) к выходным плечам, где между ними включен балластный резистор, при этом на одном из выходов подключен четвертьволновый ОЛП.

Однако указанный делитель мощности обладает свойством квадратурности лишь на центральной частоте диапазона (f₀), и КСВН входа имеет узкую полосу при любых значениях сопротивления нагрузки (R_н).

Задачей предлагаемого изобретения является расширение полосы КСВН входа делителя мощности при любых значениях R_н, за счет обеспечения свойства квадратурности в широкой полосе частот.

Поставленная задача достигается тем, что в известном делителе мощности, содержащем входное плечо, подключенное через четвертьволновые ОЛП к выходным плечам, где между ними включен балластный резистор, в одно выходное плечо введен фильтр верхних частот (ФВЧ), а в другое - ОЛП длиной λ/8, являющийся фильтром нижних частот (ФНЧ).

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 изображено изменение набега фазы от частоты; на фиг.3 изображено отклонение разности фаз выходов от значения 1,57 рад; на фиг.4 - КСВН третьего плеча при рассогласованной нагрузке в 300 м; на фиг.5 - КСВН третьего плеча при рассогласованной нагрузке в 100 Ом.

Предлагаемый делитель мощности (фиг.1) содержит:

Входное плечо (1), подключенное через четвертьволновые ОЛП (2) к выходным плечам (3, 4), где между выходными плечами включен балластный резистор (5). ОЛП длиной λ/8 (6) подключен к выходному плечу 4. Этот отрезок длиной λ/8 (6) выполняется из ОЛП, соответствует электрической длине 45°, выполняет роль ФНЧ. Описан в: Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ. Согласующие цепи и цепи связи. М., Связь, 1972, том I, 222 с. ФВЧ (7) дуален по отношению к ФНЧ, подключается к выходному плечу 3. ФВЧ (7) представляет собой три конденсатора, включенных последовательно, между ними - две катушки индуктивности, закороченные на землю. ФВЧ описан в: Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ. Согласующие цепи и цепи связи. М., Связь, 1972, том I, 222 с. Нагрузка (8, 9) подключается к 6 и 7 соответственно.

Делитель мощности работает следующим образом:

Если в одно из плеч делителя мощности (ДМ) включить ОЛП длиной λ/8 (6), что соответствует набегу фазы - 45°, а в другую структуру ФВЧ (7), имеющую положительное значение набега фазы, то ДМ будет обладать свойством квадратурности (фиг.2). То есть используется дуальная зависимость фазового набега в ФНЧ (6) и ФВЧ (7). Таким образом, разность фаз между двумя выходами будет составлять 90° на средней частоте диапазона, что обеспечивает квадратурность, а разность фаз (∆ϕ)в полосе частот будет меняться по закону:

где f - текущая частота рабочего диапазона;

f₀ - центральная частота рабочего диапазона.

Изменение набега фазы от частоты для такой комбинации приведено на фиг.2. В связи с этим, свойство квадратурное, то есть обеспечение равенства разности фаз на выходных нагрузках R_н, будет наблюдаться в более широкой полосе частот.

Таким образом, для прототипа свойства квадратурное нарушаются при расстройке от центральной частоты - фиг.3, где проиллюстрировано отклонение разности фаз выходов от значения 90º (или 1,57 рад) при частотной расстройке f/f₀ (здесь f - текущее значение частоты), для R_н=10R_входа, где R_входа - сопротивление со стороны входа. Из фиг.3 видно, что для прототипа квадратурность обеспечивается лишь в относительно узкой полосе частот, по сравнению с предлагаемым ДМ.

Если рассмотреть пример с частотой f₀=1 ГГц при работе на рассогласованную нагрузку в 30 Ом (фиг.4), то для уровня КСВН=1,25:

прототип обладает относительной полосой W=26%;

предлагаемый ДМ обладает относительной полосой W=40%.

При работе на рассогласованную нагрузку в 100 Ом (фиг.5) для уровня КСВН=1,25:

прототип обладает относительной полосой W=35%;

предлагаемый ДМ обладает относительной полосой W=60%.

Таким образом, предлагаемое решение обеспечивает расширение полосы КСВН входа делителя мощности при любых значениях R_н, за счет обеспечения свойства квадратурности в широкой полосе частот.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот, в качестве схем сложения транзисторных усилителей мощности, используемых в предварительных и оконечных каскадах. Делитель мощности содержит входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, где между выходными плечами включен балластный резистор, в одно выходное плечо введен фильтр верхних частот, а в другое - отрезок линии передачи длиной λ/8, являющийся фильтром нижних частот. Техническим результатом является обеспечение расширения полосы КСВН входа делителя мощности при любых значениях сопротивления нагрузки, за счет обеспечения свойства квадратурности в широкой полосе частот. 5 ил.

Делитель мощности, содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, где между выходными плечами включен балластный резистор, отличающийся тем, что в одно выходное плечо введен фильтр верхних частот, а в другое - отрезок линии передачи длиной λ/8, являющийся фильтром нижних частот.