5. Мостовые устройства на основе сосредоточенных реактивных элементов

Размеры МУ на основе ЛП сравнимы с длиной волны. Так периметр МУ Уилкинсона равен половине длины волны, шлейфного МУ ─ длине волны, гибридного (кольцевого) МУ ─ полутора длинам волны. На сравнительно низких частотах (порядка сотен мегагерц) геометрические размеры этих МУ становятся довольно большими ─ порядка метра. Сокращение размеров за счет эффективной диэлектрической проницаемости МПЛ сравнительно невелико ─ примерно в 2─3 раза. В связи с этим желательно заменить отрезки ЛП цепями из сосредоточенных реактивных элементов (СРЭ) с эквивалентными параметрами. Применение цепей из СРЭ позволило бы сократить размеры МУ на порядки. Параметры четвертьволновых отрезков ЛП, которые существенны для функционирования МУ, следующие: сдвиг фаз выходного сигнала ─ ‒ , коэффициент трансформации сопротивления ─ , где ─ сопротивление нагрузки, ─ волновое сопротивление ЛП. Рассмотрим цепь, структура которой подобна структуре ФНЧ (рис. 5.1).

Е

Рис. 5.1

мкости и индуктивности выберем так, чтобы удовлетворялись соотношения: , где ‒ частота, на которой параметры цепи должны совпадать с параметрами четвертьволнового отрезка ЛП; . Коэффициент передачи цепи (отношение напряжения на выходном сопротивлении к напряжению источника сигнала):

, фазовый сдвиг: . На частоте фазовый сдвиг равен ̶ , а . Потребуем, чтобы выполнялось условие трансформации сопротивления нагрузки. Входная проводимость цепи, нагруженной на произвольное сопротивление : . На частоте . Сопротивление есть характеристическое сопротивление цепи и оно эквивалентно волновому сопротивлению ЛП. Таким образом, на частоте рассматриваемая цепь полностью эквивалентна ченвертьволновому отрезку ЛП. Данная цепь имеет П структуру, но можно показать, что цепь в виде Т структуры обладает теми же свойствами.

Рис. 5.2

В гибридном МУ используется отрезок ЛП длиной , дающий фазовый сдвиг ─ . Такой же фазовый сдвиг должна обеспечивать структура, показанная на рис. 5.2. Соотношения между остаются теми же, что и в первом случае.

Коэффициент передачи цепи: , фазовый сдвиг: .

Н

Рис. 5.3

а частоте а . При нагрузке на произвольное сопротивление входная проводимость: . На частоте . Таким образом, отрезок ЛП длиной заменяется цепью, представленной на рис. 5.2. Следовательно, имеем полный набор цепей, с помощью которых можно реализовать МУ. В качестве примера приведем схему моста Уилкинсона, реализованную на сосредоточенных элементах (рис. 5.3). Здесь R1 ‒ собственное сопротивление источника, равное ,

, , ‒ сопротивления портов 2 и 3, ‒ балластное сопротивление.

6. Резонаторы свч

Полые резонаторы СВЧ (ПР) это отрезки ЛП, закороченные с одного или обоих концов или полые металлические структуры определенной формы. Диэлектрические резонаторы (ДР) это структуры определенной формы (обычно в виде диска или параллелепипеда) заполненные однородным диэлектриком с малыми потерями. Резонаторы обоих типов используются в качестве элементов фильтров СВЧ и резонаторов (колебательных контуров) в автогенераторах (АГ) СВЧ. Наиболее распространенными ПР являются коаксиальные, прямоугольные и цилиндрические. В качестве примера определим поля для коаксиального и прямоугольного резонаторов.