ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ Российский патент 2020 года по МПК H01P5/16 

Изобретение относится к приемопередающей технике и предназначена, в частности, для использования в системах подвижной и стационарной связи: сухопутной, воздушной, морской в метровом и дециметровом диапазонах.

Известен широкополосный делитель мощности (патент на изобретение US5025233, МПК H01P5/02, опубл. 18.06.1991 г.), принятый за прототип, содержащий входную секцию, N трансформирующих секций, проходящих от входной секции и составляющих с ней единое целое и N выходных секций, каждая из которых соединена с соответствующей трансформирующей секцией. Причем каждая выходная секция электромагнитно отделена от других выходных секций. При этом изолирующие резисторы (балластные нагрузки) между соседними трансформирующими секциями распределяются по длине трансформирующих линий с интервалами в четверть длины волны и позволяют поглотить сигналы, распространяющиеся при режиме противофазного возбуждения (для нечетных мод) (см. описание стр. 10-11 и фиг. 9).

Недостатком прототипа является отсутствие балластных нагрузок между не соседними трансформирующими секциями, которые повышают уровень развязки между ними.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении степени развязки между не соседними трансформирующими секциями широкополосного делителя мощности (ДМ), что обеспечивает независимую работу N выходов трансформирующих секций и повышает надежность работы ДМ при отказе работы устройства, подключенного к одному из его выходов.

Для достижения указанного технического результата в ДМ, содержащем входную секцию, отходящие от нее N трансформирующих секций, каждая из которых соединена с одной из N выходных секций, соседние и не соседние трансформирующие секции связаны между собой балластными нагрузками, выполненными в виде резистивных элементов.

На фигуре приведен пример размещения балластных нагрузок между трансформирующими секциями ДМ.

ДМ включает входную секцию 1, выполненную в виде микрополосковой линии, отходящих от нее N трансформирующих секций 2, выполненных в виде микрополосковых трансформирующих линий переменной ширины, и N выходных секций 3, выполненных в виде микрополосковых линий. Каждая выходная секция 3 соединена с одной из трансформирующих секций 2, связанных между собой балластными нагрузками 4, выполненными в виде резистивных элементов. Балластные нагрузки 4 обеспечивают повышенный уровень изоляции между соседними и не соседними трансформирующими секциями 2.

ДМ работает следующим образом.

ДМ может работать как в передающем, так и в приемном режиме. В качестве примера реализации ниже рассмотрен случай подключения ДМ к передатчику.

ДМ обеспечивает синфазное и равноамплитудное распределение сигнала передатчика, подключенного к входной секции 1 до N выходных секций 3. При этом ДМ построен таким образом, что характеристический импеданс одинаков при синфазном и противофазном возбуждении ДМ (то есть для четных и нечетных мод), что в свою очередь обуславливает высокую степень развязки (изоляции) выходных секций 3 ДМ друг от друга.

Принцип работы основан на параллельном сложении импедансов N*R (где R – это импеданс входной секции 1) по входам N трансформирующих секций 2 и организации импеданса R по входной секции 1. Передача сигнала и равномерное (в полосе рабочих частот) изменение импеданса от N*R до R обеспечивается за счет плавного изменения ширины трансформирующих секций 2 по всей длине от входа к выходу соответственно. Таким образом, организуется деление мощности сигнала на N частей и доведение ее от входа с импедансом R до N выходов с импедансом R. Идентичность характеристического импеданса при синфазном и противофазном возбуждениях организована за счет балластных нагрузок 4 в виде резистивных элементов, введенных как между каждыми соседними трансформирующими секциями 2, так и между удаленными (не соседними) трансформирующими секциями 2 (которые разделяет одна и более трансформирующих секций 2).

Принцип обеспечения идентичности характеристического импеданса при синфазном и противофазном возбуждениях основан на компенсации отражения сигнала от неоднородности типа короткозамкнутая перемычка. Неоднородность типа короткозамкнутая перемычка обусловлена параллельным соединением трансформирующих секций 2 у входной секции 1 ДМ: таким образом, ближайшие края трансформирующих секций 2 организуют короткозамкнутую на конце (расположенном у входной секции 1 ДМ) линию. Компенсация неоднородностей поверхностного импеданса достигается размещением по длине короткозамкнутой линии балластных нагрузок 4 через равные отрезки (по длине). Совокупность балластных нагрузок 4 и участков короткозамкнутой линии, вдоль которой они размещены, далее по тексту называется линией распределенного импеданса. Количество балластных нагрузок 4 выбирается исходя из величины, подводимой к ДМ мощности и требуемой развязки (изоляции) выходов.

Балластные нагрузки 4 разбивают линию распределенного импеданса на отрезки, причем ближайший к неоднородности отрезок одним своим концом контактирует с неоднородностью импеданса (типа короткого замыкания), другой его конец нагружен на балластную нагрузку 4 линии распределенного импеданса с наименьшим номиналом. Таким образом, следующий по порядку отрезок линии распределенного импеданса одним своим концом, ближайшим к неоднородности, нагружен на параллельно соединенные резистивную нагрузку и реактивную нагрузку отрезка линии с короткозамкнутой перемычкой на конце. Каждый отрезок линии распределенного импеданса между двумя балластными нагрузками 4 осуществляет трансформацию импеданса от одного своего конца к другому согласно соотношению:

где W – волновое сопротивление линии;

Z₁, Z₂ – импедансные нагрузки на одном и другом конце линии распределенного импеданса соответственно;

i – мнимая единица;

θ – электрическая длина отрезка линии распределенного импеданса.

Таким образом, ближайший к неоднородности последующий отрезок линии оказывается нагруженным на параллельно включенные, странсформированные предыдущим отрезком линии, импеданс и балластную нагрузку 4.

Наиболее удаленный от неоднородностей отрезок линии одним своим концом нагружен на параллельно включенные, странсформированные предыдущим отрезком линии, импеданс и балластную нагрузку 4, другим же своим концом нагружен на выходные секции 3 ДМ.

Распределение балластных нагрузок 4 вдоль длины линии распределения импеданса в направлении от короткозамкнутого конца обеспечивает наилучшее согласование выходного импеданса ДМ (в режиме противофазного возбуждения) с неоднородностью типа короткозамкнутая перемычка в широком диапазоне частот.

Габаритный размер и конструкция резистивных элементов выбраны таким образом, чтобы обеспечить гальванический контакт выводов резистивного элемента с не соседними трансформирующими секциями ДМ и сохранить изоляцию резистивного элемента от остальных трансформирующих секций ДМ.

Таким образом, представленная конструкция ДМ позволяет обеспечить передачу сигналов в широком диапазоне частот от входной секции к N развязанным выходным секциям.

Изобретение относится к СВЧ технике, в частности, к делителям мощности. Широкополосный делитель мощности содержит входную секцию, отходящие от нее N трансформирующих секций, каждая из которых соединена с одной из N выходных секций, при этом соседние трансформирующие секции связаны между собой балластными нагрузками, выполненными в виде резистивных элементов. При этом трансформирующие секции, не являющиеся соседними также связаны между собой балластными нагрузками. Технический результат - повышение степени развязки между не соседними трансформирующими секциями широкополосного делителя мощности (ДМ), повышение надежности работы ДМ при отказе работы устройства, подключенного к одному из его выходов. 1 ил.

Широкополосный делитель мощности, содержащий входную секцию, отходящие от нее N трансформирующих секций, каждая из которых соединена с одной из N выходных секций, при этом соседние трансформирующие секции связаны между собой балластными нагрузками, выполненными в виде резистивных элементов, отличающийся тем, что трансформирующие секции, не являющиеся соседними, также связаны между собой балластными нагрузками.