Усилитель СВЧ Советский патент 1993 года по МПК H03F3/60 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве усилителя мощности на электронных лампах, транзисторах, например, в радиопередатчиках.

Цель изобретения - увеличение коэффициента усиления усилителя СВЧ.

На чертеже показана структурная схема усилителя СВЧ.

Усилитель содержит делитель 1, сумматор мощности 2, выполненные в виде свернутой в кольцо линии передачи с отводами, образующими входы и выходы, усилительные каскады 3, противофазные делитель 4 и сумматор 5 и два идентичных трансформатора импеданса 6. Делитель 1 имеет четыре входа, расположенные вдоль линии передачи последовательно на расстоянии в четверть электрической длины линии, причем входы 7, образующие первую, пару, а также входы 8, образующие вторую пару, расположены на расстоянии в половину электрической длины линии. Аналогично сумматор 2 имеет четыре выхода, расположенные вдоль линии передачи последовательно на расстоянии в четверть электрической длины линии, причем выходы 9, образующие вторую пару, а также выходы 10, образующие первую пару, расположены на расстоянии в половину электрической дли.ны линии. Выходы

00 О

о

4

CJ

11 делителя 1 расположены симметрично относительно первой и второй пары его входов, а входы 12 сумматора 2 расположены симметрично относительно первой и второй пары его выходов, Между соответствующи- ми выходами 11 делителя 1 и входами 12 сумматора 2 включены усилительные каскады 3. В силу симметрии расположений выходов 11 и входов 12 число усилительных каскадов 3 четное, не менее четырех. К пер- вой паре входе в 7 делителя 1 подсоединены выходы противофазного делителя 4, а к первой паре выходов 10 сумматора 2 - входы противофазного сумматора 5. Вторая пара выходов 9 сумматора 2 соединена со второй парой входов 8 делителя 1 через трансфер- маторы импеданса 6. Вход 13 противофазного делителя 4 является входом усилителя, а выход 14 противофазного сумматора 5

выходом усилителя.

Линия передачи, образующая делитель 1 и сумматор 2, может быть выполнена из отрезков коаксиальной или полосковой линии, а в длинноволновой части диапазона СВЧ как искусственная линия из фильтро- вых звеньев на полураспределительных или сосредоточенных L-, С-элементах. Аналогичные базовые элементы могут быть использованы в трансформаторах импеданса 6. Противофазные делитель 4 и сумматор 5 могут быть гибридным противофазным кольцом, квадратурным мостом с дополнительным фазовращателем или, в простейшем случае, разветвлением линий с фазовращателем. Отдельные секции коль- цевой линии, образующей делитель 1 и сумматор 2, одновременно могут использоваться и как элементы соответственно входной и выходной корректирующих цепей усилительных каскадов 3.

Усилитель СВЧ работает следующим образом.

Входной сигнал подводится через противофазный делитель 4 к первой паре входов 7 делителя 1 в виде двух противофазных напряжений равной амплитуды и возбуждает в кольцевой линии делителя 1 первичную стоячую волну напряжения, узлы которой расположены на второй паре входов 8, В силу нулевого напряжения на входах 8 к сумматору 2 через трансформаторы 6 входной сигнал не поступает. Каждая пара усилительных каскадов 3, входы которых подсоединены к выходам 11 делителя 1, симметричным относительно второй пары его выходов 8, возбуждается двухтактно, т.е. противофазными напряжениями равной амплитуды. Усиленный сигнал подводится к каждой паре входов 12 сумматора 2, симметричных относительно первой пары его

5 5

0

5 0 5 0

45 50 55

выходов (10), также в виде противофазных напряжений равной амплитуды. Поэтому первичная стоячая волна напряжения, возбуждаемая в кольцевой линии сумматора 2, имеет узлы на первой паре его выходов 10, и через эти выходы и противофазный сумматор 5 первично усиленный сигнал к выходу 14усилителя не проходит. Напротив, на второй паре выходов 9 сумматора 2 развиваются противофазные напряжения равной амплитуды, которые через трансформаторы импеданса 6 подводятся ко второй паре входов 8 делителя 1 и возбуждают в его кольцевой линии вторичную, однократно усиленную стоячую волну напряжения с узлами, расположенными теперь на первой паре входов 7. Следовательно, однократно усиленный сигнал не проходит ко входу 13 усилителя через противофазный делитель 4. Вторичная стоячая волна кольцевой линии делителя 1 возбуждает противофазными напряжениями равной амплитуды другие пары усилительных каскадов 3, а именно тех, входы которых подсоединены к выходам 11 делителя 1, симметричным относительно первой пары его входов 7. Повторно усиленный сигнал в виде противофазных напряжений равной амплитуды подводится к каждой паре входов 12 сумматора 2, симметричных относительно второй пары его выходов 9, и возбуждает в кольцевой линии сумматора 2 вторичную стоячую волну напряжения с узлами, расположенными на второй паре его выходов 9. В силу нулевого напряжения на выходах 9 сумматора 2 дальнейшей передачи сигнала через трансформаторы импеданса 6 и делитель 1 ко входам усилительных каскадов 3 и последующих циклов усиления не происходит. От первой пары выходов 10 сумматора 2 двукратно усиленный сигнал через противофазный сумматор 5 отводится к выходу 14 усилителя.

Таким образом, поставленная цель - увеличение коэффициента усиления - достигается за счет двукратной передачи сигнала через усилительные каскады 3.

Устойчивое усиление обеспечивается, во-первых, отсутствием многократной циркуляции сигнала через усилительные каскады 3, во-вторых, развязкой между выходами 14 и входом 13 усилителя. В частности, при работе на несогласованную нагрузку волна, отраженная от нагрузки и поступающая на выход 14 усилителя, подводится через противофазный сумматор 5 к выходам 10 сумматора 2 в виде противофазных напряжений равной амплитуды, и, следовательно, на выходах 9 сумматора 2, т.е. на входах трансформаторов импеданса 6, устанавливается нулевое напряжение. Таким

образом, передача сигнала от выхода 14 ко входу 13 усилителя отсутствует.

Балансировка делителя 1 и сумматора 2, заключающаяся в том, что в первом цикле усиления нулевые напряжения устанавли- ваются на входах 8 делителя 1 и на выходах 10 сумматора 2, а во втором цикле - на входах 7 делителя 1 и на выходах 9 сумматора 2, является частотно независимой и обеспечивается только отличительными признаками устройства, в частности, признаком симметрии. Поэтому электрическая длина кольцевой линии, образующей делитель 1 или сумматор 2, а также волновые сопротивления ее секций выбираются толь- ко из соображений необходимой трансформации входных и нагрузочных сопротивлений усилительных каскадов 3.

Формула изобретения Усилитель СВЧ, содержащий делитель и сумматор мощности, усилительные каскады, число которых выбрано четным не менее четырех, включенные между соответствующими выходами делителя и входами сумма- тора, отличающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента усиления, в него

введены противофазные делитель и сумматор мощности, два идентичных трансформатора импеданса, делитель и сумматор мощности выполнены в виде свернутой в кольцо линии передачи, а входы и выходы - в виде отводов, при этом входы делителя, а также выходы сумматора расположены вдоль линии последовательно на расстоянии в четверть ее электрической длины, пары образованы входами делителя и выходами сумматора, соответственно, расположенными на расстоянии в половину электрической длины линии, а выходы делителя и соответствующие им входы сумматора расположены в виде отводов симметрично относительно каждой пары, причем вход противофазного делителя мощности является входом усилителя, выходы противофазного делителя подсоединены к первой паре входов делителя мощности, выход противофазного сумматора мощности является выходом усилителя, входы противофазного сумматора мощности подсоединены к первой паре выходов сумматора мощности, вторая пара выходов сумматора соединена с второй парой входов делителя через трансформатора импедансов.

Использование: в радиотехнике в качестве усилителя мощности в радиопередаю- щих устройствах. Сущность изобретения: усилитель СВЧ содержит кольцевые делитель мощности ;и сумматор мощности, усилительные каскады, дополнительный противофазный делитель, дополнительный противофазный сумматор и 2 идентичных согласующих трансформатора. Каждый усилительный каскад включен между соответствующим выходом кольцевого делителя и входом кольцевого сумматора. Кольцевой делитель содержит первую пару входов и вторую пару входов, а кольцевой сумматор содержит первую пару выходов и вторую пару выходов. Первая и вторая пары расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через оси симметрии соответственно кольцевого делителя и кольцевого сумматора, а выходы кольцевого делителя и соответствующие им входы кольцевого сумматора расположены зеркально.симметрично относительно каждой из плоскостей. Первая пара входов кольцевого делителя подключена к входу усилителя СВЧ через противофазный делитель, вторая пэра выходов кольцевого сумматора подключена к выходу усилителя СВЧ через противофазный сумматор, а вторая пара входов кольцевого делителя подключена к первой паре выходов кольцевого сумматора через согласующие трансформаторы. 1 ил. ел