2.3. Синфазно-противофазный (кольцевой) мост

К

Рис. 2.4

ольцевой мост ‒ это также восьмиполюсник или МУ с четырьмя портами. Структура его, показанная на рис. 2.4, такая же, как и у предыдущего МУ. Пусть левый есть порт 1, правый ─ порт 4, правее TL2 ─ порт 3, левее ─ порт 2. Структура имеет только одну плоскость симметрии ─ вертикальную, проходящую через отрезки TL2 и TL4, и поэтому должны выполняться равенства:

Для упрощения дальнейших выкладок потребуем, чтобы МУ было согласовано по всем четырем портам, откуда следует равенство . Если возбуждать порт 2, то мощности синфазных сигналов в портах 1 и 3 должны быть равны половине мощности возбуждения; следовательно, модули . Предположим также, что порты 1 и 3 развязаны и , что также обеспечивает развязку портов 2 и 4. Тогда, исходя из свойства унитарности матрицы рассеяния, остаются следующие уравнения: . Второе уравнение удовлетворяется автоматически, из первого и второго следует, что . Посмотрим теперь, каким образом могут быть удовлетворены 2 последних уравнения. Отрезки ЛП, которые связывают порты, должны иметь длины, равные нечетному числу четвертей длин волн. Это необходимо, чтобы сопротивления нагруженных портов трансформировались в возбуждающий порт для обеспечения согласования. Пусть возбуждающим является порт 2, а нагрузочными ­­─ порты 1 и 3. Тогда длины отрезков TL1 и TL2 равны и, следовательно, выполняется равенство . При этом должно удовлетвориться уравнение . Очевидно, что это возможно при . Следовательно, , а это означает, что длина отрезка TL4 равна . Так как , то длина отрезка TL3 равна . Матрица рассеяния такого МУ: .

Найдем волновые сопротивления отрезков ЛП. Для определения волновых сопротивлений отрезков TL1 и TL2 поступим так же, как и в 2.3, замкнув накоротко порт 4. После этого получим структуру, полностью совпадающую со структурой мостового делителя мощности на 2 (см. 2.1). Очевидно, что волновые сопротивления должны удовлетворять соотношению , где ─ волновое сопротивление линий, питающих порты. Для определения волновых сопротивлений отрезков TL3 и TL4 закоротим порт 1, питая МУ через порт 4. Полученная в результате структура отличается от предыдущей только тем, что длины отрезков разные. Однако отрезок длиной трансформирует сопротивление точно так же, как отрезок длиной , и поэтому волновое сопротивление отрезка будет таким же, как у TL1 и TL2 и TL4.

В заключение рассмотрим способы получения синфазных и противофазных сигналов. Если возбуждать порт 2, то на портах 1 и 3 будут синфазные сигналы, а при возбуждении порта 3 синфазные сигналы появятся на портах 2 и 4. Если возбуждать порт 4, то противофазные сигналы будут на портах 3 и 1, а при возбуждении порта 3 противофазные сигналы появятся на портах 1 и 4.

3. Линии передачи, используемые в устройствах свч

При рассмотрении МУ мы не конкретизировали их конструкцию, рассматривая ЛП как некие обобщенные структуры. Однако конструкции существенно зависят от вида ЛП. Если ранее использовались волноводы и коаксиальные линии, реже полосковые и микрополосковые, то теперь к ним добавились копланарные и щелевые ЛП. В настоящее время волноводы (обладающие минимальными потерями по сравнению с другими ЛП) используются в устройствах для больших мощностей и на частотах порядка десятков и сотен гигагерц. Коаксиальные ЛП используются в качестве соединительных ЛП между блоками различных устройств. Ввиду технологических преимуществ основным типом ЛП для реализации устройств СВЧ являются микрополосковые ЛП (МПЛ), в том числе и для интегральных микросхем СВЧ. Имея в виду, что волноводы и коаксиальные линии рассматривались в предыдущих частях курса ТЭД, начнем рассмотрение с симметричной полосковой ЛР (СПЛ).