Патент на изобретение №2231177

(54) МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ С НЕРАВНЫМ ДЕЛЕНИЕМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и предназначено для распределения входного сигнала с заданным соотношением мощностей и может быть использовано в различных радиотехнических устройствах, например, для формирования амплитудно-фазового распределения в приемопередающих фазированных антенных решетках (ФАР). Технический результат заключается в реализации трехканального делителя мощности с неравным делением без существенного увеличения габаритов по сравнению с двухканальным делителем, а также в возможности реализовать большой перепад мощностей на выходах делителя. В микрополосковый делитель с неравным делением мощности, содержащий входное плечо для подвода СВЧ энергии, к которому подключены первый и второй четвертьволновые отрезки, связанные между собой резистором и присоединенные через первый и второй четвертьволновые трансформаторы к первому и второму выходам делителя, введен четвертьволновый шлейф, присоединенный с одной стороны к третьему выходу делителя, а с другой стороны – к согласованной нагрузке. Этот шлейф через зазор связан электромагнитно с одним из четвертьволновых трансформаторов. Величина зазора выбирается из условий получения необходимого коэффициента деления мощности и получения волнового сопротивления образовавшихся связанных линий, равного волновому сопротивлению, выбранного для связи четвертьволнового трансформатора. 1 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и предназначено для распределения входного сигнала с заданным соотношением мощностей и может быть использовано в различных радиотехнических устройствах, например, для формирования амплитудно-фазового распределения в приемопередающих фазированных антенных решетках (ФАР).

Известны различные схемы многоканальных делителей мощности с равным делением мощности на выходах. Это могут быть схемы с разветвлением каналов от одного входа, как например в N-канальном делителе [патент JP N 51526/81, МПК Н 01 Р 05/12, 1981] или в трехканальном делителе [патент RU N 2022421, МПК Н 01 Р 05/12, 1991].

Используют также схемы с каскадным соединением простых двухканальных делителей [Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. – М.:, Советское радио, 1976, с. 173, рис.2.32]. При этом для получения N каналов необходимо (N-1) двухканальных делителей. Подобное каскадное соединение трех делителей для получения четырехканального использовано в известном делителе мощности [AC SU N 1555732]. В этом известном техническом решении также осуществляется деление входной мощности СВЧ-сигнала поровну между двумя плечами. Основной делитель образован микрополосковыми отрезками и развязывающим резистором, а далее в каждом плече включены направленные ответвители, т.е. имеется каскадное соединение делителя с равным делением и направленных ответвителей, благодаря которому достигается деление мощности на четыре канала.

В случае неравного деления для получения числа каналов (выходов) более двух обычно применяют только каскадное соединение двухканальных делителей с соответствующим увеличением габаритов, например для получения трехканального делителя мощности необходимо каскадное включение двух двухканальных делителей.

Простейший двухканальный делитель – это резистивный, называемый также кольцевым или делителем Вилкинсона. В случае равного деления он состоит из входного плеча, к которому подсоединены два одинаковых четвертьволновых отрезка, соединенные между собой резистором (балластной нагрузкой) и присоединенные к двум выходам [Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. – М.: Советское радио, 1976, с. 165, рис.2.24].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является двухканальный делитель с неравным делением мощности [Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. – М.: Советское радио, 1976, с. 168, рис.2.27]. Он отличается от делителя с равным делением тем, что четвертьволновые отрезки линий, подключенные к входному плечу, имеют разные волновые сопротивления (выбираемые из условия получения требуемого перепада мощностей на выходах), а вследствие этого между их выходами, соединенными между собой резистором (балластной нагрузкой), и выходными линиями делителя включены согласующие четвертьволновые трансформаторы. Перепад мощностей на выходах делителя, определяемый разницей волновых сопротивлений в плечах, реально ограничивается технологической реализуемостью узких полосков (больших значений сопротивлений). Так для подложки из поликора толщиной 1 мм значение перепада мощности составляет не более 2,0, причем узкий проводник имеет ширину порядка 0,1 мм. Если требуется больший перепад мощностей на выходах делителя, то последовательно с резистивным делителем включают делители другого типа, что существенно увеличивает габариты.

Недостатком такого технического решения является то, что для получения трехканального делителя мощности необходимо каскадное включение двух двухканальных делителей, а также то, что диапазон реализуемого перепада мощностей на выходах подобного двухканального делителя ограничен.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в реализации трехканального делителя мощности с неравным делением без существенного увеличения габаритов по сравнению с двухканальным делителем, а также в возможности реализовать большой перепад мощностей на выходах делителя.

Указанный результат достигается тем, что в микрополосковый делитель с неравным делением мощности, содержащий входное плечо для подвода СВЧ-энергии, к которому подключены первый и второй четвертьволновые отрезки, связанные между собой резистором и присоединенные через первый и второй четвертьволновые трансформаторы к первому и второму выходам делителя, введен новый четвертьволновый шлейф, присоединенный с одной стороны к третьему выходу делителя, а с другой стороны – к согласованной нагрузке. Этот шлейф через зазор связан электромагнитно с одним из четвертьволновых трансформаторов. Величина зазора выбирается из условий получения необходимого коэффициента деления мощности и получения волнового сопротивления образовавшихся связанных линий, равного волновому сопротивлению, выбранного для связи четвертьволнового трансформатора.

Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с известными признаками позволяют успешно реализовать поставленную цель.

На чертеже приведена конструкция предлагаемого технического решения.

Микрополосковый трехканальный делитель мощности с неравным делением содержит входное плечо 1 для подвода СВЧ-мощности, первый 2 и второй 3 четвертьволновые отрезки микрополосковых линий, первый 4 и второй 5 четвертьволновые трансформаторы, первый 6 и второй 7 выходы делителя, резистор 8, четвертьволновый шлейф 9, третье выходное плечо 10 делителя и согласованную нагрузку 11.

Устройство работает следующим образом.

СВЧ-сигнал поступает на входное плечо 1 микрополоскового трехканального делителя мощности с неравным делением и дальше сигнал распределяется на два канала с заданным амплитудным распределением – каналы 2-4 и 3-5 (выходы 6 и 7). В третье выходное плечо 10 с намного меньшим уровнем сигнала мощность ответвляется через шлейф 9, электромагнитно связанный с четвертьволновым трансформатором 4 (или 5), причем плечо для связи с шлейфом выбирается то, которое имеет волновое сопротивление такое, какое должно быть в связанных линиях на заданный уровень связи. Величина зазора между шлейфом 9 и четвертьволновым трансформатором 4 (или 5) определяется из условия получения требуемой величины мощности на выходе 10; при изменении зазора изменяется также волновое сопротивление связанных линий.

Таким образом, выбирая зазор так, чтобы обеспечить необходимый коэффициент деления мощности и получить волновое сопротивление образовавшихся связанных линий, равное волновому сопротивлению выбранного для связи четвертьволнового трансформатора, получаем делитель мощности с неравным делением, у которого при практически тех же габаритах, что и у двухканального делителя с неравным делением, реализовано третье плечо, т.е. реализован трехканальный делитель, при этом в третьем плече может быть получен значительно больший перепад мощности, чем в известном двухканальном делителе.

Формула изобретения

Микрополосковый делитель мощности с неравным делением, содержащий входное плечо для подвода СВЧ-энергии, к которому подключены первый и второй четвертьволновые отрезки микрополосковых линий, связанные между собой резистором и присоединенные через первый и второй четвертьволновые трансформаторы к первому и второму выходам делителя, отличающийся тем, что введен четвертьволновый шлейф, с одной стороны присоединенный к третьему выходному плечу делителя, а с другой стороны подключенный к согласующей нагрузке и электромагнитно связанный с одним из четвертьволновых трансформаторов через зазор, величина которого выбирается из условия обеспечения необходимого коэффициента деления мощности и получения волнового сопротивления образовавшихся связанных линий, равного волновому сопротивлению выбранного для связи четвертьволнового трансформатора.

РИСУНКИ