Разделительно-суммирующее устройство

(19) (И) 7 ТЕН ИОАН И ЕТЕЛЬ К ОРСКОМ,К яю 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1, Патент США4263559,кл. Н 03 Г 3/60, 1981.2. Горбачев А.П., Романов А.Н.Широкополосные устройства сложениямощности диапазона СВЧ. - фРадиотехникаф, 1976, т. 31, 9 2, с. 89-91.3. Каганов В.П. СВЧ полупроводниковые передатчики. "Радио и связь",1981, с, 325 (прототип),(54)(57) РАЗДЕЛИТЕЛЬНО.-СУМИИРУЮЩЕ)"УСТРОЙСТВО содержащее соответственно Б-канальный делитель мощностии Б-канальный сумматор мощности,гдеБ = 2 Р, Р - целое число, выполненныев виде бинарного соединения (Б) направленных ответвителей, нагруженныхна 2 х(Б) балластных резисторов, инагрузку, при этом выходы Б-каналь"ного делителя мощности и входы Б йанального сумматора мощности соединены через усилители, а нагрузка под"ключена к выходу Б-канального сумматора мощности, при этом вход Б-канального делителя мощности являетсявходом разделительно-суммирующегоустройства, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот путем снижения потерь расфаэирования сигналов на егограницах, каждый направленный ответвитель выполнен несимметричным насвязанных. первичной и вторичной линиях и сильносвязанным и слабосвязанным участками на концах, прн этомсильносвязанный конец первичной линиии слабосвязанный конец вторичной линии являются входами направленногоответвителя, а сильносвязанный конецвторичной линии и слабосвязанный конецпервичной линии - его выходами",.причем балластные резисторы подключенык слабосвязанным концам вторичныхлиний, а входом Б-канального делителмощности и выходом Ю-канального сумматора мощности являются сильносвязанные концы первичных линий соответствукщих направленных ответвителей.Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано дляделения или сложения широкополосныхсигналов в диапазоне СВЧ, например,в широкополосных усилителях, построенных по модульному принципу наращи 5вания мощностей.Известно многоканальное разделительно-суммирующее устройство, делитель и сумматор которых выполнен ввиде цепочного соединения квадратурных направленных ответвителей,переходные ослабления которых выбираются равными 10 Ре(тп), в=2 Б,гдев - номер канала устройства, начинаяс к=2 а перЬый канал устройства обра 15зован свободным выходом ответвителяс номером ш=2, при этом переходныеослабления составляют: ЗдБ(щ=2);4,77 дБ(п =3); 6,02 дБ(гп=4) и т.д.КоэфФициент перекрытия диапазона рабочих частот разделительно-суммирующего устройства ограничен неравномерностью деления мощности на выходахделителя и при величине неравномер-,ности +0,5 дБ составляет в 10-канальном разделительно-суммирующем устрой-стве 1,5 (1( .,Недостатком этого устройства является узкий диапазон рабочих частот,Известно также многоканальное раз-"30делительно-суммирующее устройство,выполненное по бинарной схеме соединения четвертьволновых ответвителейна связайных линиях, в котором переходные затухания ответвителей различны и выбираются так, чтобы неравномерность деления мощностей в каналах была бы минимальна при условииравенства уровней наибольших значений иощности в заданной полосе частот 2 .40Однако коэффициент перекрытиядиапазона рабочих частот 8-канального разделительно-суммирующего устройства по уровню +0,4 дБ составляетне более 1,8. 45Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является разделительно-суммирующее устройство,содержащее Б-канальный делитель мощности и Б-канальный сумматор мощности, где Б = 2, Р - целое число,выполненные в виде бинарного соединения (Б) направленных ответвителей, нагруженных на 2 х(Б) балластных резисторов, и нагрузку, при этом 55выходы Б-канального делителя мощности и входы Б-канального сумматорамощности соединенн через усилитель,а.нагрузка подключена к выходу Б-канального сумматора мощности, приэтом вход Б-канального делителя мощности является входом разделительноСуммирующего устройства 31 .Однако известное разделительносуммирующее устройство может быть65 реализовано лишь на симметричных квадратурных, синфаэных или. противофазных ответвителях, которые не позволяют обеспечить рабочую полосу более октавы.Целью изобретения является расширение диапазона рабочих частот путем снижения потерь расфазирования сигналов на .его границах.Цель достигается тем, что в разделительно-суммирующем устройстве, содержащем соответственно Б-канальный делитель мощности и Б-канальный сум- матор мощности, где Б = 2 , Р - целое число, выполненные в виде бинарного соединения (Б) направленных ответвителей, нагруженных на 2 х(Б) балластных резисторов, и нагрузку, при этом выходы Б-канального делителя мощности и входы Б-. канального сумматора мощности соединены через усилители, а нагрузка подключена к выходу .Б-канального сумматора мощности, при этом вход Б-канального делителя мощности является входом разделительно-,суммирующего устройства, каждый направленный ответвитель 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 направленногоответвителя, а.сильносвязанный койец вторичной линии и слабосвязанный конец первичной линии - его выходами, причем балластные резисторы подключены к слабосвязанным кон 1цам вторичных линии, а входом Б-канального делителя мощности и выходом Б-канального сумматора мощности являются сильносвязанные концы первичных линий соответствующих направленных ответвителей.На фиг. 1 приведена схема предлагаемого разделительно-суммирующего устройства; на фиг. 2 - несимметричный ответвитель; на фиг. 3 - его функция связи К(х.); на фиг. 4 и 5 поперечное ,сечение связанных полосковых. линий; на фиг. б - функция связи Е(х) 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 размеры двухсекционного направленного ответвителя; на фиг. 10 - размеры трех- секционного несимметричного направленного ответвителя", на фиг. 11 размеры несимметричного направленного ответвителя на неоднородных линиях; иа фиг. 12 - частотная харакь Сх) се(,Ь х С(х) терн стика суммарной нормированноймощности в нагрузке.Разделительно-суммирующее устройство ( фиг. 1) содержит Б-канальный делитель 1 мощности, усилители2, Б-канальный сумматор 3 мощности(на фиг. 1 Б = 4), при этом Б-канальный .делитель 1 мощности и Б-канальный сумматор 3 мощности выполнены в.виде бинарного соединения несимметричных направленных ответвителей4 и 5 соответственно. Каждый направленный ответвитель 4 и 5 имеет первичную и вторичную линии б и 7, уэтих .первичных и вторичных линийб и 7 следует различать сильносвяэанный и слабосвязанный участки 8и 9. К выходам вторичных линий 7упомянутых слабосвязанных участков9 всех направленных ответвителей4 и 5 подключены балластные резисторы 10. Усилители 2 включены междувыходами Б-канального делителя 1мощности и входами Б-.канального сумматора 3 мощности. Свободные выходысильвосвязанного участка 8 направленного ответвителя 4 в Б-канальномделителе 1 мощности и направленногоответвителя 5 в Б-канальном сумматоре 3 мощности являются соответствен. но входом 11 Б-канального делителя 1мощности и выходом 22 Б-канальногосумматора 3 мощности, соединенногос нагрузкой 13. Величина сопротивления нагрузки 13, а также величиныбалластных резисторов 10 выбираютсяравными величине волнового сопротив- З 5ления фидерного тракта со стороныБ-канального делителя 1 мощности илиБ-канального сумматора 3 мощностисоответственно. Первичная линия бкаждого из направленных ответвителей 4 и 5 (фиг. 2) связана с вторичной линией 7 электромагнитным полем.Степень связи линий характеризуетсяфункцией связи К(х) (фиг. 3), изменяющейся от координаты х, где х = 1/Ь -45нормированная к Ь текущая координататочки вдоль направленного ответвителя, Ь - общая длина участка взаимо действия первичной и вторичной линий При этом Функция связи рассчитывает О ся как где Ь(х), С(х) - собственные; 55 Ь(х), С(х) - взаимные погонныепараметры линий.Устройство работает следующим образом.Пусть к входу 11 Б-канального де лителя 1 мощности подводится широкополосный сигнал. С помощью Б-канального делителя 1 мощности этот сигнал делится на Б равных частей с неэначи тельной неравномерностью в полосе 65 частот. После усиления усилителямй 2 сигналы складываются в общей нагруэ. ке 13 Б-канальным сумматором 3 мощности. Несимметричные направленные ответвители 4 и 5 (Фиг. 2) характеризуются неодинаковыми фазовыми сдвигами сильносвязанного и слабосвязанного участков 8, 9 (фиг. 1). Дпя обеспечения фазирования сигналов каждого иэ усилителей 2 в нагрузке 13 необходимо выходы направленных ответвителей 4, 5 Б-канального делителя 1 мощнос-ти и входы Б-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 было бы равно 1 орБ. При этом лишь в случае монотонного убывания функции связи Е(х) (ступенчатого или непрерывного характера) обеспечивается как фазирование сигналов усилителей 2 на нагрузке 13, так и поддержание неизменным волнового сопротивления первичной Е(х) и вторичной линии Е(х) направленного ответвителя. в каждом сечении х линий (Фиг. 2)Е(х) = Е (х) = Ь(х)/С(х) (2)Для практической реализации разделительно-суммирующего устройства,обеспечивающего в печатном исполнении суммирование достаточно высокихуровней мощности, целесообразно использовать экранированные связанныеполосковые линии с частичным перекрытием широких сторон полосок (фиг.4 -наложение; Фиг. 5 - зазор),Такая структура позволяет обеспечить изменяющуюся в широких пределахфункцию связи первичной и вторичнойлиний 0 ( к(х)(0,95) при неизменныхрасстояних мех;ду заземленными пластинами ъ и толщине прокладки я междулиниями. При этом обеспечиваетсярави мерное деление мощности по каналам Б-канального делителя 1 мощности (т.е. равномерное возбуждениеусилителей 2), согласование источника с входом 11 и нагрузки 13 с выходом Б-канального сумматора 3 мощности, фаэирование сигналов усилителей 2 в нагрузке 13 в широкой полосечастот.Таким образом, предлагаемое устройство перекрывает значительный дйапазон рабочих частот, достигающийтрех октав, что существенно расширяет сферу применения разделительносуммирующих устройств. в широкополосных усилителях и передатчиках СВЧ-диапазона, а также позволяет отказатьсяот применения комплекта узкополосныхделителей и сумматоров, перекрывающихширокую полосу частот ло частям.1075372 Йп Д 4/Д 8 Экспериментально исследованы конструкции восьмиканальных устройств на несимметричных двух- и трехсекционных направленных ответвителях, а также с использованием несимметричных направленных ответчителей на неоднород ных линиях. Во всех конструкциях использовался материалФАФи 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 иг.8 - для направленных; 15 ответвителей на неоднородных линиях. На фиг. 9 - 11 представлены зависимости нормированных к расстоянию Ь ширины чполосок и зазора амежду ними при выбранном отношении толщины Я фторопластовой, прокладки к Ь:8/ь 0,025 (Я ф 0,15 мм, Ь = 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 Г/Г = б. Начальное затухание (фиг 12), равное 2,15 дБ, обусловлено наличием диссипативных потерь в проводниках и диэлектрике делите: ля и сумматора, а завал характеристики в области верхних частот обусловлен влиянием высших типов колебаний.Таким образом, технико-экойомическая эффективность достигается за счет существенного расширения диапазона.рабочих частот устройства,1075372 г. 4 жу 50 оставитель,В, Обровецехред Т,Маточка, Корректор арошй дписн Тираж 86 2 дарственноизобретени а, Ж-.35, Р 14/58 ВНИИПИ Гос по делам 113035, Моск