ДЕЛИТЕЛЬ СВЧ-СИГНАЛОВ Российский патент 2025 года по МПК H01P5/00 

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), в частности к взаимным устройствам деления (суммирования) СВЧ-сигналов и может быть использовано для деления (суммирования) СВЧ-сигналов в трактах техники связи, радиолокационных устройств, в измерительной технике.

При разработке устройств СВЧ возникает задача создания устройства деления (суммирования) СВЧ-сигналов на большой уровень рабочей мощности, с малыми потерями и хорошим согласованием в широком частотном диапазоне, имеющего малые массогабаритные показатели. При этом необходимо, чтобы входы делителя (сумматора)были хорошо развязаны между собой. Развязка входов делителя (сумматора) позволяет сохранить работоспособность устройства с пониженной мощностью при неисправности в одном из двух выходов (входов).

Деление (суммирование) СВЧ-сигнала можно осуществлять с помощью кольцевого моста Вилкинсона (Wilkinson). Кольцевые мосты могут быть выполнены на линиях различного типа: коаксиальных, симметричных и несимметричных полосковых линиях. Кольцевой мост содержит корпус и установленный внутри него проводник, выполненный в виде замкнутого кольца, вход, два выхода, установленные по разные стороны от входа на расстоянии равном четверти длины волны, и балластный резистор, подключённый к обоим выходам. В режиме суммирования к двум входам (бывшим выходам в режиме деления) при подключении генераторов СВЧ-сигналы от них складываются, и выход из строя одного из генераторов не сказывается на работе второго. В этом устройстве могут суммироваться сигналы большой мощности, так как мощность ограничивается, в основном, мощностью, которая способна выдержать балластная нагрузка, габариты и теплосъём с которой ограничены.

Известен ряд изобретений, например, RU173580, RU2492559, RU113421, RU2733483, RU2749208, RU2749054, RU2502160, на основе кольцевого моста Вилкинсона, в которых предложены решения повышения допустимой рабочей мощности. Однако эти решения неприемлемы для планарной конструкции и кроме того не могут существенно повысить рабочую мощность при исполнении в планарном исполнении из-за необходимости малой площади поверхности балластного резистора.

Деление (сложение) СВЧ-сигнала можно осуществлять также с помощью делителя Ульриха Гизеля (Разветвитель питания Gysel - Microwaves101). Это взаимное устройство имеет замкнутое кольцо из четвертьволновых участков линий, которые имеют разные по величине волновые сопротивления и балластные нагрузки, имеющие каждая один порт, что значительно облегчает реализацию хороших тепловых характеристик. Балластные нагрузки не обязательно должны быть "нулевой длины". Однако в вариантах исполнения такого делителя невозможно обеспечить хорошие значения всех S-параметров в расширенной рабочей полосе частот. Так в полосе частот 8-12 ГГц параметры S11 и S32 находятся на уровне не лучше -15 дБ, а S21 и S31 -3,3 дБ. Значения параметров S11, S32 не больше -20 дБ и параметров S21, S31 не хуже -3,1 дБ можно получить только в полосе частот 8,4-11,6 ГГц. Значение S параметров желательно иметь на уровне не хуже -20 дБ как можно в большей рабочей полосе частот. Это обеспечит отсутствие паразитной генерации усилителя, в котором используются делители (сумматоры).

Технический результат предлагаемого технического решения – увеличение рабочего частотного диапазона с улучшением согласования по входу и выходам делителя (входам и выходу сумматора), а также повышение равномерности передаточной функции и полосы развязки между каналами деления/суммирования.

Указанный технический результат достигается тем, что делитель СВЧ-сигналов Ульриха Гизеля (Разветвитель питания Gysel - Microwaves101), содержащий симметричный тройник, имеющий вход, два выхода, расположенные по разные стороны от входа на расстоянии равном четверти длины волны на средней частоте полосы пропускания с допустимой коррекцией в пределах ± 5% с целью достижения оптимальных значений развязки и полосы пропускания, и два заземлённых основных балластных резистора, подключённых каждый к одному из выходов через примерно четвертьволновые линии, соединённые в свою очередь между собой полуволновой линией, дополнен ещё одним резистором, подключённым к выходам и четвертьволновой линией на входе. При определённых величинах волновых сопротивлений и длин отрезков линий, а также величин балластных и дополнительного сопротивлений можно получить хорошую развязку между выходами (на уровне -20 дБ) с сохранением обеспечения большой рабочей мощности и небольшим расширением рабочего диапазона частот. Мощность, выделяемая на дополнительном резисторе при аварийных ситуациях в одном из выходных портов, будет гораздо меньше, чем на основных балластных резисторах на половину отношения величины сопротивления дополнительного резистора к величине основного балластного резистора. Это отношение может достигать значения 50 и более. При значении отношения 50 на частоте 10 ГГц возможно в аварийном режиме на одном основном балластном резисторе рассеивать непрерывную мощность 100 Вт (импульсную со скважностью 5 Римп=500 Вт), не перегружая дополнительный резистор, с перегревом его не более чем на 80℃ относительно температуры подложки со стороны установки её на охлаждаемый корпус устройства. В рабочем режиме в каждом выходе допустимая постоянная мощность составит 200 Вт (импульсная мощность 1000 Вт при скважности 5).

На Фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства.

На Фиг. 2 показан примерный вариант исполнения устройства в микрополосковом исполнении (подложка Ɛ=9.8, толщина подложки h=0,5мм).

На Фиг. 3 приведены графики зависимости S параметров от частоты.

Делитель СВЧ-сигналов работает следующим образом.

СВЧ-сигнал, поступивший на вход 1, разделяется поровну между двумя выходами 2, 3, расположенными на расстоянии равном четверти длины волны от входа 1. Сигналы на выходах 2, 3 равны и синфазны, если выходы 2, 3 согласованы. Согласование выходов 2, 3 достигается присоединением к ним согласованных нагрузок (на Фиг. 1 не показаны). В случае рассогласования одного из выходов, например, второго, сигнал, отраженный от выхода 2, поступает на выход 3 разными путями и в результате за счёт подбора значений волновых сопротивлений и длин участков линий, а также введения на входе устройства корректирующего участка и дополнительного резистора, подключённого к выходам 2, 3 в рабочей полосе частот происходит компенсация отражённого сигнала от выхода 2, то есть, достигается развязка между выходами 2 и 3. При этом половина мощности поступает на выход 3, а половина рассеивается на балластном резисторе. Подобранные параметры элементов устройства и введение дополнительного резистора с корректирующим участком на входе позволили значительно улучшить в расширенной рабочей полосе частот значения всех S параметров.

Делитель (сумматор) с параметрами согласно Фиг. 1 будет иметь значения S11, S22, S32 не более -20дБ (КСВН=1,22) и S21, S31 не хуже -3,2 дБ в рабочем диапазоне частот 8,4-11,6 ГГц (полоса пропускания 3,2 ГГц) при допустимой импульсной мощности при скважности 5 Римп=100 Вт на каждом из портов 2-3. В устройстве GYSEL эти параметры достижимы в рабочей полосе частот 8,7-11,3 ГГц (полоса пропускания 2,6 ГГц) что на 23% меньше чем в заявляемом устройстве.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), в частности к устройствам деления (сложения) СВЧ-сигналов, и может быть использовано для деления (сложения) СВЧ-сигналов в трактах техники связи, радиолокационных устройств, в измерительной технике. Делитель СВЧ-сигналов, содержащий симметричный тройник, имеющий вход, два выхода, расположенных по разные стороны от входа на расстоянии, равном четверти длины волны, и два заземлённых основных балластных резистора, подключенных каждый к одному из выходов через четвертьволновые линии, соединённые в свою очередь между собой полуволновой линией. Делитель СВЧ дополнен ещё одним резистором, подключённым к выходам, и на вход устройства подключен корректирующий участок, выполненный с возможностью компенсации отражённого сигнала от выхода. Технический результат предлагаемого технического решения – увеличение рабочего частотного диапазона с улучшением согласования по входу и выходам делителя (входам и выходу сумматора), а также повышение равномерности передаточной функции и полосы развязки между каналами деления/суммирования. 3 ил.

Делитель СВЧ-сигналов, содержащий симметричный тройник, имеющий вход, два выхода, расположенных по разные стороны от входа на расстоянии, равном четверти длины волны, и два заземлённых основных балластных резистора, подключенных каждый к одному из выходов через четвертьволновые линии, соединённые в свою очередь между собой полуволновой линией, отличающийся тем, что дополнен ещё одним резистором, подключённым к выходам, и на вход устройства подключен корректирующий участок, выполненный с возможностью компенсации отражённого сигнала от выхода.