Лекция № 3. Делители мощности

Учебные вопросы

1. Назначение, классификация делителей мощности. Их обозначение на

принципиальных схемах.

2. Тройники коаксиальные. Коаксиальные многоканальные делители

мощности.

3. Волноводные тройники Е- и Н-типов.

4. Турникетное соединение волноводов.

5. Делители мощности на полосковых линиях передачи.

1. Назначение, классификация делителей мощности. Их обозначение на

принципиальных схемах

Делители мощности (ДМ) – это устройства линий передачи, предназначенные для разделения электромагнитной энергии из одного входного канала (плеча) на несколько в заданном отношении.

Значительно реже эти же устройства используются для сложения энергии из нескольких каналов в одном. Делители мощности могут быть как с постоянным, так и с переменным коэффициентом деления. Они чаще бывают трехплечие, но используются и с большим количеством плеч, например делители на несколько направлений типа «звездочка».

Классификация ДМ представлена на рис. 1.

Рис. 1

Обозначение ДМ на принципиальных схемах представлено на рис.2.

Рис. 2.

2. Тройники коаксиальные. Коаксиальные многоканальные делители

мощности

Коаксиальные ДМ используются в антенно-фидерных трактах радиотехнических систем связи, радиолокации и навигации, работающих в метровом и дециметровом диапазонах волн.

Коаксиальные трехплечие делители мощности называются тройниками. По форме они бывают Y- и Т-образные.

Y-образные коаксиальные тройники являются неразъемными несогласованными делителями и на практике используются редко. Они обычно представляют распайку трех коаксиальных кабелей, плечи которых развернуты под определенными углами (чаще всего под углом 120⁰, как показано на рис. 3).

Рис. 3

Т-образные коаксиальные тройники выполняются из отрезков жестких коаксиальных линий с разъемами на концах. Они изготавливаются в виде отдельных устройств. В местах разветвления коаксиальных тройников и в местах соединения плеч с гибкими коаксиальными линиями возникают рассогласования. Реактивные рассогласования емкостного характера в точке разветвления компенсируются утолщениями центральных стержней в местах соединения (рис. 4).

Рис. 4

Рассогласование по активным составляющим сопротивлений заключается в следующем. Если волновые сопротивления W_л всех плеч тройника одинаковы, и выходные плечи нагружены на согласованные нагрузки, то входное плечо оказывается нагруженным на несогласованное сопротивление R_экв, представляющее собой параллельное соединение волновых сопротивлений выходных плеч:

.

При этом мощность, поступающая во входное плечо, делится поровну между выходными плечами. Коэффициент отражения Г₀ и коэффициенты стоячих (КСВ) и бегущих (КБВ) волн во входном плече для рассматриваемого случая будут равны следующим значениям:

; ; .

Согласование по активным составляющим сопротивлений в коаксиальных тройниках может осуществляться четвертьволновыми трансформаторами. Для этого отрезки жестких коаксиальных линий соответствующих плеч выполняются длиной λ/4 с необходимыми волновыми сопротивлениями (рис. 5а). Величину волновых сопротивлений плеч подбирают отношением диаметра внешнего проводника D (рис. 5б) к диаметру центрального стержня d, исходя из формулы для волнового сопротивления коаксиальной ЛП

, Ом.

Рис. 5

Если выходные плечи 2 и 3 согласованы с соответствующими нагрузками, то сопротивления на входах этих плеч (в точке разветвления) равны волновым сопротивлениям соответствующих отрезков жестких коаксиальных линий W₂, W₃, и, следовательно, эквивалентное сопротивление в точке разветвления

.

Тогда волновое сопротивление четвертьволнового трансформатора во входном плече 1 выбирается равным среднегеометрическому из волнового сопротивления подсоединяемой линии на входе плеча 1 (W_л) и эквивалентного сопротивления разветвления

.

Электромагнитная энергия, поступающая во входное плечо 1, делится таким тройником между выходными плечами 2 и 3 обратно пропорционально квадратам их волновых сопротивлений, поэтому для отношения мощностей будет справедлива формула

.

Коаксиальный многоканальный ДМ предназначен для деления электромагнитной энергии более чем на два направления. Например, для синфазного равноамплитудного деления электромагнитной энергии на восемь направлений используется ДМ типа «звездочка». Его внешний вид представлен на рис. 6 б.

Восемь выходных коаксиальных разъемов расположены по периметру отрезка жесткой коаксиальной линии (рис. 6а). Внутренние проводники этих разъемов соединяются с центральным стержнем жесткой коаксиальной линии в одном сечении. К входному и ко всем выходным коаксиальным разъемам подсоединяются коаксиальные кабели с волновым сопротивлением W_л = 75 Ом. Поэтому без согласующего устройства КБВ во входном фидере был бы низким (около 1/8). Согласование выполняется четвертьволновым трансформатором, волновое сопротивление которого определяется выражением

,

где R_экв = W_л / 8 = 75 / 8 Ом.

Следовательно, W_тр ≈ 26,5 Ом. Волновое сопротивление такой величины достигается утолщением внутреннего стержня.

а)

б)

Рис. 6