Разделительно-суммирующее устройство Советский патент 1984 года по МПК H03H7/48 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для деления или сложения широкополосных сигналов в диапазоне СВЧ, например, в иирокополосных усилителях, постро енных по модульному принципу наращивания мощностей.

Известно многси ан ьноё разделитель но--суммирующее устройство, делитель и сумматор которых выполнен в виде цепочного соединения квадратурных направленных ответвителей, переходные ослабления которых выбираются равными 10 Eg(т), ...Н,где m - номер канала устройства, начиная с , ,а первый канал устройства обр зован свободным выходом ответвителя с Номером , при этом переходные ослабления составляют: ЗдБ(); л,77 дБ() 6,02 дБ()-и т.д. Коэффициент перекрытия диапазона рабочих частот разделительно-суммирующего устройства ограничен неравномерностью деления мощности на выходах делителя и при величине неравномер7 ности +0,5 дБ составляет в 10-каналь ном раз делит ель но-суммирующем устрой стве 1,5 1 .

.Недостатком этого устройства является узкий диапазон рабочих частот.

Известно также многоканальное раз делительно-суммирующее устройство, выполненное по бинарной схеме соединения четверть вол но.вых ответвителей на связайных линиях, в котором переходные затухания ответвителей различны и выбираются так, чтобы неравHoiv{epHocTb деления мощностей в каналах была бы глинимальна при условии равенства уровней наибольших значений ноиности в заданной полосе частот J2 .

Однако коэффициент перекрытия диапазона рабочих частот 8-канального разделительНо-суммирующего устройства по уровню +0,4 дБ составляет не более 1,8.

, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является разделительно-суммирующее устройство, содержащее N-канальный делитель мощности и N-канальный сумматор мощноети, где N 2 , Р - целое число, выполненные в виде бинарного соединения (N-1) Направленных ответвителей, нагруженных на 2x(N-l) балластных резисторов, и нагрузку, при этом выходы Н-канального делителя мощности и входы N-канального сумматора мощности соединены через- усилитель, а.нагрузка подключена к выходу N-канального сумматора мощности, при

.этом вход N-канального делителя мощности -является входом раздёлительносуммируквдего устройства з .

Однако известное разделительносуммирующее устройство может быть

реализовано лишь на симметричных квадратурных, синфазных или- противофазных ответвителях, которые не позволяют обеспечить рабочую полосу более октавы.

Целью изобретения является расширние диапазона рабочих частот путем снижения потерь расфазирования сигналов на его границах..

Цель достигается тем, что в разделитель но- су мг/шрующем устройстве, содержащем соответственно N-канальны делитель мощности и N-канальный сумматор мощности, где N 2, Р - цело число, выполненные в виде бинарного соединения (N-1) направленных ответвителей, нагруженных на 2x(N-l) балIластных резисторов, и нагрузку, при этом выходы N-канального делителя мощности и входы N-канального сумматора мощности соединены через усилители, а нагрузка подключена к выходу .N-канального сумматора мощности, при этом вход N-канального делителя мощности является входом разделительно-суммирующего устройства, каждый направленный ответви тель выполнен несимметричным на связанных первичной и вторичной линиях с сильносвязанным.и слабосвязанным участками На концах, при этом сильносвязанный конец первичной линии и слабосвязанный конец вторичной линии являются входами направленного ответвителя, а. сильносвязанный конец вторичной линии и слабосвязанный конец первичной линии - его выходами, причем балластные резисторы подключены к слабосвязанным концам вторичных линии, а входом N-каНального делителя 1 ющности и выходом N-канального сумматора мощности являются сильносвязанные концы первичных линий соответствующих направленных ответвителей.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого разделительно-суммирующего устройства; На фиг. 2 - несимметричный oтвeтвитeльf на фкг, 3 - его функция связи К(х); на фиг. 4 и 5 поперечное .сечение -связанных полосковых линий; на фиг. 6 - .функция связи k(x) двухсекционного направленного, ответвителя; на фиг. 7 - функция связи трехсекционного несимметричного направленного ответвителя; на фиг. 8 - функция связи несимметричного направленного ответвителя на неоднородных линиях; на фиг. 9 относительные геометрические pa3Mepi.j двухсекционного направленного ответвителя j на фиг. 10 - размеры трехсекционного несимметричного направленного ответвителя; на фиг. 11 размеры несимметричного направленного ответвителя на неоднородных линиях; на фиг. 12 - частотная характеристика суммарной нормированной мощности в нагрузке. Разделительно-суммирующее устройство {фиг. 1) содержит N-канальный делитель 1 мощности, усилители 2, N-канальный сумматор J мощности (на фиг. 1 н 4), при этом N-канальный делитель 1 мощности и N-канальный сумматор 3 мощности выполне ны в.виде бинарного соединения неси метричных направленных ответвителей 4 и 5 соответственно. Каждый направ ленный ответвитель 4 и 5 имеет первичную и вторичную линии 6 и 7, у этих первичных и вторичных линий 6 и 7 следует различать сильносвязанный и слабосвязанный участки 8 и 9. К выходам втсуричных линий 7 упомянутых слабосвязанных участков 9 всех направленных ответвителей 4 и 5 подключены балластные резисторы 10. Усилители 2 включены между выходами N-канальноро делителя 1 мощности и входами N-канального сум матора 3 мощности. Свободные выходы сильносвязанного участка 8 направленного ответвителя 4 в N-канальном делителе 1 мощности и направленнсэго ответвителя 5 в N-канальном сумматоре 3 мощности являются соответственно входом 11 N-канального делителя 1 мощности и выходом 22 N-канального сумг атора 3 мощности , соединенного с нагрузкой 13. Величина сопротивления нагрузки 13, а также величины балластных резисторов 10 выбираются равными величине волнового сопротивления фидерного тракта со стороны N-канального делителя 1 мощности или N-канального сумматора 3 мощности соответственно. Первичная линия б каждого из направленных ответвителей 4 и 5 (фиг. 2) связана с вторичной линией 7 э1 ектромагнитным полем Степень связи линий характеризуется функцией связи К(х) (фиг. 3), изменя ющейся от координаты х, где х 1/L нормированная к L текущая координат Р точки вдоль направленного ответвителя, L - общая длина участка взаимо действия первичной и вторичной линий При этом функция связи рассчитывает ся как Lfl(x) k(x) где L(x), C(x) - собственные; LB(X), Сц(х) - взаимные погонные параметры линий. Устройство работает следующим образом. Пусть к входу 11 К-канального делителя 1 ющнocти подводится широкополосный сигнал. С помощью N-канального делителя 1 мощности этот сигнал делится на N равных частей с незнач . тельной неравномерностью в полосе частот. После усиления усилителями 2 сигналы складываются в общей нагрузке 13 N-канальным сумматором 3 мощности. Несимметричные направленные ответвители 4 и 5 (фиг. 2) характеризуются неодинаковыми фазовыми сдвигами сильносвязаннрго и слабосвязанного участков 8, 9 (фиг. 1). Для обеспечения фазирования сигналов каждого из усилителей 2 в нагрузке 13 необходимо выходы направленных ответвителей 4, 5 N-канального делителя 1 мощнос.ти и входы N-канального сумматора 3 мощности соединить между собой так/ чтобы число выходов первичных линий б со слабосвязанными участками 9 и выходов вторичных линий 7 с сильно.связанными участками 8 в каждом канале сложения мощностей бьшо бы равно loggll. При этом лишь в случае монотонного убывания функции связи k(x) (ступенчатого или непрерывного характера) обеспечивается как фазирование сигналов усилителгэП 2 на нагруз.ке 13, так и поддержание неизменным волнового сопротивления первичной Z(x) и вторичной линии Z2(x) направленного ответвителя. в каждом сечении х линий (фиг. 2) Z(x Z2(x) -1Гь(х)/С(х) (2) Для практической реализации разделительно-суммирующего устройства, обеспечивающего в печатном исполнении суммирование достаточно высоких уровней мощности, целесообразно использовать экранированные связанные полосковые линии-с частичным перекрытием широких сторон полосок (фиг.4 наложение; фиг. 5 - зазор). Такая структура позволяет обеспечить изменяющуюся в широких пределах функцию связи первичной и вторичной линий О k( x)iO ,95) при неизменных расстояния мехдау заземленными пластинами ъ и толщуне прокладки S между линиями. При этом обеспечивается равномерное деление мощности.по каналам N-канального делителя 1 мощности (т.е. равномерное возбуждение усилителей 2), согласование источника с входом 11 и нагрузки 13 с иаходом N-канального сумматора 3 мощности, фазирование сигналов усилителей 2 в нагрузке 13 в широкой полосе частот. Таким образом, предлагаемое устройство перекрывает значительный диапазон рабочих частот, достигающий трех октав, что существенно расширяет сферу применения разделительносуммирующих устройств, в широкополосных усилителях и передатчиках СВЧ-диапазона, а также позволяет отказаться от применения комплекта узкополосных делителей и суьматоров, перекрывающих широкую полосу частот по частям.

Экспериментально исследованы конструкции восьмиканальных устройств на несимметричных двух- и трехсекционных направленных ответвителях, а также с использованием несимметричных направленных ответчителей на неоднородных линиях. Во всех конструкциях использовался материалФАФ-4 и структура с частичным перекрытием широких сторон полосок (фиг. 4 и 5). Графические зависимости функции связи к(х)10 при волновом сопротивлении тракта . 50 Ом приведены на фиг. б - для случая двухсекционных направленных ответвителей на фиг. -7 - для трехсекционных; на-фиг,8 - для направленных; 15 ответвителей нд неоднородных линиях. На фиг. 9-11 представлены зависи-мости нормированных к расстоянию Ъ ширины W полосок и зазора а между ними при выбранном отношении толщины S 20 фторопластовой, прокладки к b:S/b

/////////////////////// Фиг.2

±М

Фif&.3

0,025 (S $ 0,15 мм, b 6,15 мм) соответственно для двух-, трехсекционных-направленных ответвителей и направленных ответвителей на неоднородных линиях. .На фиг. 12 приведены частотные характеристики нормированной суммарной мощности в нагрузке 13 при использовании трехсекционных направленных ответвителей в дециметровом диапазоне частот с перекрытием ), 6. Начальное затухание (фиг.. 12), равное 2,15 дБ, обусловлено наличием ди-ссипативных потерь в проводниках и Диэлектрике делителя и сумматора, а завал характеристики в области верхних частот обусловлен влиянием высших типов колебаний.

Таким образом, технико-экономическая эффективность достигается за счет существенного расширения диапазона рабочих частот устройства.

С лад ОСЬязанныО

yf QCTOK

РАЗДЕЛИТЕЛЬНО-СУММИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее соответственно N-канальный делитель мощности и Н-канальный сумматор мощнос1и,где N 2, Р - целое число; выполненные в виде бинарного соединения (N-1) направленных ответвителей, нагруженных на 2x(N-l) балластных резисторов, и нагрузку, при этом выходы N-канального делителя мощности и входы Н- йанального сумматора мощности соединены через усилители, а нагрузка подключена к выходу Н-канального сумматора мощности, при этом вход N-канального делителя мощности является входом разделительно-суммирующего устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот путем снижения потерь расфазирования сигналов на его границах, каждый направленный ответвитель выполнен несимметричным на связанных, первичной и вторичной линиях и сильносвязанным и слабосвязанным участками на концах, при этом сильносвязанный конец первичной линии и слабосвязанный конец вторичной линии являются входами направленного ответвителя, а сильносвязанный конец (П вторичной линии и слабосвязанный конец первичной линии - его выходами/-причем балластные резисторы подключены к слабосвязанным концам вторичных линий,а входом N-канального делителя мощности и выходом Я-канального сумматора мощности являются сильносвязанные концы первичных линий соответ ствугЩих направленных ответвителей. / f 7 9 I I / t

фигЛ

и/

S

)

W

fpueS