Делитель мощности Советский патент 1993 года по МПК H01P5/12 H01P1/32 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к устройствам диапазона сверхвысоких частот (СВЧ). Оно может быть использовано в фазированных антенных решетках (ФАР) и усилителях СВЧ.

Известны делители мощности на основе сочленения четырех микрополосковых линий с ферритовым резонатором, которые обладают большой неравномерностью деления мощности-порядка 10% от среднего значения, в полосе частот 6-8% от центральной частоты и малой развязкой между выходами (7-8 дБ).

Известны делители мощности, представляющие собой микрополосковый направленныйответвитель на перпендикулярно намагниченной феррито- вой подложке с полосковым проводником первичной линии в форме трапеции и связанным с ним четвертьволновой электромагнитной связью отрезком ленточного проводника вторичной линии. Такой

делитель обладает неравномерностью деления мощности (±0,5 дБ) в полосе частот с перекрытием fMaKc/fMKiH 1,7 и небольшой развязкой между выходами Ци 20 дБ (см. там же, рис. 1).

Известны делители мощности, представляющие собой восьмиполюсник на ферритовой подложке, перпендикулярно намагниченной в противоположных на.- правлениях.

Недостатком такого устройства является большая неравномерность деления мощности (±1,5 дБ) в полосе частот fMaKc/fnHH 1,6 и малая развязка между выходами (ЮдБ).

Кроме того, известны делители мощности, в которых для обеспечения высокой развязки между выходами делителя к выходам подключаются ферритовые вентили.

Однако такое схемотехническое решение существенно увеличивает массу и габариты делителя, а также ведет к росту

ел

с

ч

00

О

ел ел

о

неравномерности деления и уменьшению КПД.

Наиболее близок к предлагаемому делитель мощности, представляющий собой восьмиполюсник на ферритоврй подложке, перпендикулярно намагниченной в противоположных направлениях, так что плоскость симметрии устройства совпадает с плоскостью смены направления постоянного подмагничивающегр поля.

Прототип состоит из ферритовой подложки, четырехплечего токбнесущего поло- скового проводника и экрана. Феррйтовая подложка намагничена внешним магнитным полем, перпендикулярным плоскости подложки. Так что плоскость симметрии устройства, проходящая через входное плечо, совпадает с плоскостью смены направления постоянного подмагничивающего поля.

Существенным недостатком конструкции прототипа является большая неравномерность деления мощности, обусловленная неоднородностью, возникающей из-за расположения выходных плеч перпендикулярно входному, и малая развязка между выходами, обусловленная расположением выходных плеч симметрично относительно плоскости смены направления постоянного подмагничивающего поля.

Целью изобретения является уменьшение неравномерности деления и увеличение развязки между выходами делителя мощности СВЧ,

С этой целью в делителе мощности, содержащем перпендикулярно намагниченную в противоположных направлениях ферритовую подложку, токонесущий поло- сковый проводник и экран, токонесущий проводник соединен с экраном через торцы подложки, а со стороны выхода в токонесущем проводнике выполнена выборка, поперечный размер которой не менее толщины подложки, а продольный не менее одной восьмой длины Яф электромагнитной волны в неограниченной ферритовой среде, причем выборка расположена на расстоянии не менее одной восьмой Яф от каждого из боковых торцев подложки, а продольный размер токонесущего проводника больше продольного размера выборки, не менее чем на одну восьмую Яф. Кроме того, с целью упрощения настройки и регулировки, со стороны экрана под выборкой расположен элемент из магнитного материала.

Соединение токонесущего проводника с экраном через торцы ферритовой подложки позволяет избавиться от возбуждения высших типов колебаний в делителе и тем

самым существенно уменьшить неравномерные деления мощности.

Выполнение в токонесущем проводнике, соединенном с экраном через торцы

подложки, выборки, поперечный размер которой не менее толщины подложки, а продольный - не менее одной восьмой Яф, позволяет создать запредельный режим для волн, распространяющихся между выходами делителя, и тем самым существенно увеличить развязку между выходами делителя. Расположение выборки на расстоянии не менее одной восьмой Яф от каждого из боковых торцов подложки позволяет создать

режим бегущей волны в направлении от входа к выходам делителя и тем самым уменьшить неравномерность деления. Выбор продольного размера токонесущего проводника больше продольного размера выборки не менее чем на одну восьмую Яф позволяет уменьшить амплитуду электромагнитной волны, отраженной от делителя, и тем самым уменьшить неравномерность деления.

Размещение элемента из магнитного материала под выборкой позволяет эффективно выравнивать распределение мощности между выходными каналами, что существенно упрощает настройку и регулировку делителя.

Известно соединение токонесущего проводника делителя с экраном и выполнение выборки в токонесущем проводнике. Токонесущий проводник в известном делителе соединен с экраном только через один торец в районе узкого основания токонесущего проводника трапециевидной формы, а не через два торца, как в заявленном решении. Причем это соединение в известном

делителе выполнено с целью улучшения направленности, развязки и снижения неравномерности частотной характеристики переходного ослабления и не приводит к существенному уменьшению неравномерности деления и увеличению развязки между выходами делителя, как в заявленном устройстве. Здесь под развязкой в известном делителе на основе направленного от- ветвителя понимается величина, которая

находится из соотношения (в децибеллах) входной мощности первичной линии у выходной мощности нерабочего плеча вторичной линии, а под развязкой между выходами делителя понимается ослабление СВЧ-сигнала, идущего из первого выхода во второй или из второго в первый при подключении к входу делителя согласованной нагрузки.

Выборка в известном делителе выполнена в широком боковом основании трапециевидного полоскового проводника, а не со стороны выхода, как в заявленном решении. Причем выборка в известном делителе выполнена с целью улучшения направленности, развязки и снижения неравномерно- сти частотной характеристики переходного ослабления и не служит увеличению развязки между выходами делителя, как в заявляемом устройстве,.

На фиг. f изображен делитель мощно- сти; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Делитель мощности выполнен на намагниченной внешним магнитным полем в противоположных направлениях феррито- вой подложке 1, причем направление маг- нитногр поля перпендикулярно плоскости подложки 1. Токонесущий проводник 2 и экран 3 нанесены на поверхность подложки 1 и соединены между собой через торцы 4, 5 подложки 1. Со стороны выхода в токоне- сущем проводнике 2 выполнена выборка шириной а не менее толщины d подложки 1 и длиной b не менее одной восьмой длины Лф электромагнитной волны в неограниченной ферритовой среде. Расстояния Аг и Дг от выборки до торцов подложки не менее одной восьмой Лф.

Продольный размер с токонесущего проводника 2 больше продольного размера b выборки не менее чем на одну восьмую Яф Со стороны экрана 3 под выборкой расположен элемент 6 из магнитного материала.

Делитель мощности работает следующим образом. Пусть СВЧ-мощность поступает в делитель по токонесущему полосковому проводнику 2 в направлении от наблюдателя (см. фиг, 1).

Достигая выборки, она возбуждает волны, распространяющиеся вдоль левого и правого торцов 4, 5 подложки 1 (см. фиг. 1) в том же направлении. Таким образом, мощность делится между двумя выходными каналами. Эксперименты показали, что благодаря соединению токонесущего проводника 2 с экраном 3 через торцы 4, 5 подложки 1 в делителе практически не возбуждаются другие типы колебаний, кроме упомянутых выше. Это существенно уменьшает неравномерность деления мощности.

Исследование делителей показало, что при поперечном размере а выборки не менее d подложки 1 за счет соединения токонесущего проводника 2 с экраном через торцы 4, 5 подложки 1 для волн, распространяющихся между выходами делителя, со- здается устойчивый запредельный режим, и это позволяет существенно увеличить развязку между выходами в делителе. Благода- ря свойству однонаправленности.

обнаруженному в предлагаемой конструкций, в случае, если токонесущий полосковый проводник 2 имеет продольный размер, больший продольного размера выборки не менее чем на одну восьмую Аф. электромагнитная волна в обратном направлении в процессе деления мощности практически не возбуждается, что существенно уменьшает неравномерность деления мощности.

Основной радиотехнической характеристикой делителя является коэффициент деления, который, как показали эксперименты, существенным образом зависит от структуры внешнего магнитного поля в области выборки. Путем установки элемента из магнитного материала под выборкой со стороны экрана можно изменить структуру внешнего магнитного поля в рай- оне выборки и тем самым добиться низкой неравномерности деления мощности. Таким образом, подбором элемента из магнитного материала и его положения под выборкой можно существенно упростить настройку и регулировку делителя. . Формула изобретения

1. Делитель мощности, содержащий перпендикулярно намагниченную в противоположных направлениях ферритовую подложку, на одной поверхности которой расположено металлическое основание, а на другой - входной и выходной токонесу- щие плоские проводники, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью уменьшения неравномерности деления при увеличении развязки между выходами, токонесущие плоские проводники соединены с металлическим OCKO-J ванйем посредством проводящих элементов, расположенных на боковых торцах ферритовой подложки, а во входном то- конесущем плоском проводнике выполнена продольная прорезь, размеры которой выбраны из следующих соотношений: а d, b Аф/8, (l-b) Аф/8,

Ai V8, A Аф/8

где Аф - длина электромагнитной волны в неограниченной ферритовой среде; .Ь-длина прорези;

а - ширина прорези;

d - толщина ферритовой подложки;

AI, Ае - расстояние от кромки прорези до каждого из боковых торцов ферритовой подложки соответственно;

I - длина входного токонесущего плоского проводника.

2. Делитель по п. 1. о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что введен элемент из магнитного материала, который установлен напротив прорези с противолежащей стороны металлического основания.

и.ь-:лж.уя

Использование: в фазированных антенных решетках и усилителях СВЧ. Сущность изобретения: устройство содержит перпендикулярно намагниченную в противоположных направлениях ферритовую подложку, на одной стороне которой расположено металлическое основание, а на другой находятся входной и выходной плоские токонесущие проводники, соединенные с металлическим основанием при помощи проводящих элементов, которые расположены на боковых торцах ферритовой подложки. Во входном токонесущем плоском проводнике выполнена продольная прорезь. Приведены соотношения для выбора размеров продольной прорези. Напротив продольной прорези с противолежащей стороны металлического основания установлен элемент из магнитного материала. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фиг. 2