2. Мостовые устройства свч

При реализации устройства часто бывает необходимо получить из одного сигнала несколько. Эти сигналы могут иметь разные значения амплитуды и фазы. В технике СВЧ проблема разделения сигналов решается с помощью различных мостовых устройств (МУ). Рассмотрим наиболее употребляемые МУ.

2.1. Синфазный делитель мощности (мост Уилкинсона)

Мост Уилкинсона представляет собой шестиполюсник (т. е. устройство с тремя портами, каждый из которых может рассматриваться как двухполюсник). Входной порт соединен отрезками линий передачи с двумя выходными портами. Сумма мощностей, выходящих из выходных портов, должна равняться мощности, входящей во входной порт. Структура устройства изображена на рис. 2.1.

Отрезок линии TL2 соединяет входной порт с первым выходным портом, отрезок TL3 – со вторым выходным портом. Пусть входной порт имеет номер 1, первый выходной – номер 2, второй выходной – номер 3.

Тогда матрица рассеяния будет иметь вид: .

О

Рис. 2.1

сью симметрии является горизонталь, проходящая через TL1, устройство взаимно и поэтому должны выполняться равенства: , , . Тогда МР примет вид . Считаем, что нагрузки портов одинаковы и равны . Потребуем, чтобы порт 1 был согласован ( ). Для этого отрезки линий передач TL2 и TL3 должны трансформировать сопротивление портов в , чтобы суммарное сопротивление на входе первого порта было бы равно . Следовательно, отрезки должны иметь длину и волновое сопротивление , удовлетворяющее условию , откуда . Очевидно, что при этом порт 1 будет согласован, а мощности в портах 2 и 3 будут равны половине мощности, входящей в порт 1. Учитывая фазовые сдвиги, которые определяются длиной отрезков TL2 и TL3 (90°) , матрица рассеяния будет иметь вид: . Используя условие унитарности получаем уравнения , , . Решая уравнения, получаем МР моста . Очевидно, что плечи 2 и 3 не согласованы, однако можно показать, что при подаче на них одинаковых по уровню и синфазных сигналов вся мощность поступает в плечо 1. При отклонении частоты от номинальной (при которой длины отрезков равны ) коэффициенты матрицы будут изменяться, так как при трансформации из портов 2 и 3 в порт 1 суммарное сопротивление на его входе уже не будет равно . Для улучшения согласования входного порта 1 при отклонении нагрузок в портах 2 и 3 от значения и компенсации неравенства сигналов на этих портах, между портами 2 и 3 включается балластное сопротивление . Можно реализовать МУ Уилкинсона с неравным делением мощностей. При этом отрезки TL2 и TL3 будут иметь различные волновые сопротивления, и структура перестает быть симметричной.

Пусть ‒мощность, поступающая в порт 1, ‒мощность, уходящая во второй порт, ‒мощность, уходящая в третий порт. Тогда справедливо равенство . Потребуем, чтобы . Мощность . Перепишем уравнения для мощностей, принимая во внимание напряжение на первом порте и сопротивления портов, трансформированные к порту1: . Так как порт 1 согласован , тогда . Порты 2 и 3 нагружены на сопротивления , тогда волновые сопротивления линий TL2 и TL3 будут .