ПЛАТА ДЕЛЕНИЯ И СУММИРОВАНИЯ Российский патент 2017 года по МПК H01P5/12 

Изобретение относится к области радиосвязи и техники СВЧ и предназначено для работы в составе антенных решеток и систем, количество каналов которых кратно трем.

Оптимальным расположением излучателей антенной решетки, как правило, является их расположение по квадрату, следовательно, количество элементов в данном случае может быть равно 4, 16…2^2N. Для таких антенных решеток и систем используют широко распространенные платы деления и суммирования 1:2. Однако при ограничении габаритов антенной решетки, например при использовании 9-канальной антенной решетки, применение 16-канальной платы деления и суммирования является невыгодным, так как в данном случае 7 каналов платы получаются незадействованными, что приводит к излишнему энергопотреблению. Оптимальным вариантом в данном случае является использование 9-канальной антенной решетки.

Известны устройства с 2^N развязными каналами, разработанные на основе многоканального синфазного делителя мощности Уилкинсона, к выходам которого звездой подключены балластные развязывающие резисторы. Задача данных технических решений заключается в улучшении развязки и коэффициента передачи, для чего в схему делителя вводят дополнительные элементы: короткозамкнутые шлейфы, конденсаторы и другие элементы, что значительно усложняет устройство и снижает его надежность. Кроме того, делители мощности Уилкинсона имеют два выходных канала, что не позволяет использовать их в составе антенных решеток с количеством каналов, кратным трем.

Известен делитель мощности (патент РФ №1798840, 28.02.1993 г.), который содержит входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, между которыми включены балластные резисторы. Для увеличения рабочей мощности и улучшения развязки к общей точке балластных делителей, соединенных в звезду, подключен короткозамкнутый шлейф.

Рассмотренный делитель, как и аналоги на основе делителя Уилкинсона, имеет два выходных канала либо количество выходных каналов, кратное двум. Это является главным существенным недостатком. Использование указанных делителей в составе антенных решеток с количеством каналов, кратным трем, является энергозатратным.

Заявителю не известны конструктивные решения по плате деления и суммирования, предоставляющие возможность передачи мощности сигнала с одного канала на три (в случае ее деления) и с трех каналов на один (в случае суммирования), обеспечивающие тем самым эквивалентность количества каналов платы деления и суммирования количеству каналов антенной решетки, кратному трем. Поэтому решение по патенту РФ №1798840 принято за наиболее близкий аналог к заявляемому решению.

Задачей изобретения является создание конструкции платы деления и суммирования, имеющей гальванически развязанные входные и выходные каналы и позволяющей передавать мощность сигнала с одного канала на три канала или, в случае суммирования, с трех каналов на один.

Техническим результатом изобретения является повышение энергетической эффективности использования платы деления и суммирования за счет обеспечения возможности равноамплитудного и синфазного деления мощности сигнала с одного канала на три канала или, в случае суммирования, с трех каналов на один при обеспечении гальванической развязки всех каналов.

Технический результат достигается при использовании платы деления и суммирования, содержащей общий канал, вынесенный на обратную сторону платы через сквозное отверстие, три канала, разнесенных на плате симметрично относительно друг друга под углом 120° и соединенных микрополосковыми линиями с резисторами.

Плата деления и суммирования имеет гексагональную форму.

Заявляемая конструкция платы деления и суммирования обеспечивает сложение сигнала в противофазе на выходных каналах, что позволяет обеспечить необходимую гальваническую развязку между общим каналом и тремя разнесенными по плате каналами и в итоге получить плату с возможностью передачи мощности сигнала с одного канала на три в случае деления сигнала и с трех каналов на один в случае суммирования сигнала. Такая плата может быть использована в антенных решетках и системах с количеством каналов, кратным трем, что исключает наличие лишних незадействованных каналов и тем самым повышает энергетическую эффективность.

На фиг. 1 изображена плата деления и суммирования (вид сверху), на фиг. 2 - плата деления и суммирования (вид снизу), на фиг. 3 - пример использования платы деления и суммирования в составе 9-канальной антенной решетки.

Плата деления и суммирования 1 содержит общий канал 2, вынесенный на заднюю сторону платы через сквозное отверстие, три канала 3, разнесенные на плате симметрично относительно друг друга под углом 120° и соединенные микрополосковыми линиями 4 с резисторами 5.

Предлагаемое изобретение представляет собой плату гексагональной формы для улучшения таких характеристик, как коэффициент передачи и синфазность.

В заявляемом решении для обеспечения требуемой гальванической развязки общий канал 2 вынесен на заднюю сторону платы деления и суммирования 1 через сквозное отверстие, а три канала 3 разнесены на шестиугольной плате 1 симметрично относительно друг друга под углом 120°, что обеспечивает сложение сигнала в противофазе.

Сложение сигнала в противофазе, в свою очередь, достигнуто за счет выбора длин микрополосковых линий 4 с резистором 5, соединяющих каналы 3 (плечи) платы 1, которые должны отличаться от 2L_пл на половину длины волны λ.

Длина каналов 3 (плеч) L_пл рассчитывается по формуле

где λ - длина волны, которая равна

где f - частота рабочего диапазона платы деления и суммирования, ε - диэлектрическая проницаемость материала платы 1.

Длина линии L от плеча платы до резистора составляет

При необходимости подачи больших мощностей допускается использование более мощных резисторов.

При необходимости уменьшения габаритов платы допускается использовать диэлектрический материал с большей диэлектрической проницаемостью ε (габариты платы уменьшаются обратно пропорционально √ε).

В составе 9-канальной антенной решетки плата деления и суммирования работает следующим образом. При подаче СВЧ-сигнала на общий канал 2 платы деления и суммирования 1 мощность сигнала синфазно и с равной амплитудой распределяется между тремя каналами 3 указанной платы. С выходных портов первой платы 1 мощность поступает на общий канал 2 следующих плат деления и суммирования 1 с последующей передачей на приемо-передающие модули 6 и далее на антенную решетку 7 или сразу на антенную решетку 7 в случае пассивной схемы.

За счет высокого значения развязки между выходными портами плату деления и суммирования допускается использовать в антенных решетках с широким углом сканирования.

Изобретение относится к области радиосвязи и техники СВЧ и предназначено для работы в составе антенных решеток и систем, количество каналов которых кратно трем. Предложена плата деления и суммирования, характеризующаяся тем, что содержит общий канал, вынесенный на обратную сторону платы через сквозное отверстие, и три канала, разнесенных на плате симметрично относительно друг друга под углом 120° и соединенных микрополосковыми линиями с резисторами. Технический результат заключается в повышении энергетической эффективности использования платы деления и суммирования за счет обеспечения возможности равноамплитудного и синфазного деления мощности сигнала с одного канала на три канала или, в случае суммирования, с трех каналов на один при обеспечении гальванической развязки всех каналов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Плата деления и суммирования, характеризующаяся тем, что содержит общий канал, вынесенный на обратную сторону платы через сквозное отверстие, три канала, разнесенных на плате симметрично относительно друг друга под углом 120° и соединенных микрополосковыми линиями с резисторами.

2. Плата деления и суммирования по п. 1, характеризующаяся тем, что имеет гексагональную форму.