Расчет и свойства

При анализе и расчете симметричных направленных ответ-вителей на связанных линиях применяют метод симметричного и анти­симметричного возбуждения [21.

Рассмотрим ответвитель на связанных полосковых линиях ,

симметричный относи­тельно продольной плоскости (рис.2.29). Для учета симметрии разобьем его входы на две группы: 1 и 2 - входы группы  ; 3 и 4 -входы группы  , Четырехполюсники, эквивалентные ответвителю при синфазном и противофазном возбуждении, являются отрезками линии передачи с волновыми сопротивлениями и . Коэффициенты фазы волн в них равны и . Конфигурации

поперечного сечения и структуры поля даны на рис.2.30. Показано (см., например, [2]), что связанные линии являются нацравленными ответвителями, если выполняются условия уравновешенной связи:

где - волновое сопротивление подводящих линий. Ответвитель этот противонаправленный. Он согласован и идеально развязан во всей полосе частот, в которой выполняются условия (2.17),(2.18).

Связь линий зависит от ширины зазора между проводниками и оценивается коэффициентом связи

который равен ^*) модулю коэффициента передачи во вторичную линию при (длина области связи равна четверти длины волны) .Из (2.18) и (2.19) получим

При проектировании ответвителя по формулам (2.20) для задан­ного значения коэффициента передачи определяют волновые сопротив­ления и , затем по

графикам зависимостей волновых сопро­тивлений от размеров (см., например, [3, 4]) или по программам определяют размеры поперечного сечения связанных линий, при кото­рых реализуются требуемые значения волновых сопротивлений при вы­бранном материале диэлектрика. Ширина проводников в области связи получается меньше, чем у проводников несвязанных (подводящих) линий. Длину области связи выбирают равной четверти длины волны в линии.Частотные зависимости коэффициентов передачи направленного ответвителя на связанных линиях описываются следующими формулами (электрическая длина области связи пропорциональна ча-стоте):

На рис.2.31, представлены построенные по формулам (2.21) и (2.22) графики зависимостей модулей коэффициентов передачи от для двух ответвителей с разными К . Указанные на графиках и соответствуют границам частотного диапазона, в пределах которого для ответвителя с К = 0,707 коэффициент передачи во вторичную линию отличается от заданного значения не более, чем на Максимальное отличие коэффициента передачи от номи­нального значения, выраженное в децибелах, обозначают . Коэф­фициент перекрытия ответвителя по частоте зависит от допуска иК.Подробные сведения имеются в[3].Для ответвителей со слабой связью при оценке широкополосности пользу­ются формулой:)

^*)Формула (2.19) совпадает с формулой для коэффициента от­ражения в линии с волновым сопротивлением , нагруженной на со­противление , поэтому часто принимают, что к имеет смысл ко­эффициента отражения от скачка волнового сопротивления.

где - электрическая длина ответвителя на краю полосы частот

Направленные ответвители на связанных линиях являются суще­ственно более широкополосными, чем ответвители интерференционного типа. Для них характерно:

I) согласование и развязка осуществляется во всей полосе ча­ стот, в которой выполняются условия уравновешенной связи;

2) в той же полосе частот сдвиг по фазе выходных сигналов со­ ставляет 90°,

Эти свойства обусловливают их применение в технике СВЧ.

Микрополосковые направленные ответвители

Микрополосковые линии передачи являются неоднородными. Основной тип волны - квази Т . Его электрическое поле существует как в диэлектрической пластине, так и в пространстве над диэлект­риком, поэтому эффективная диэлектрическая проницаемость линии меньше, чем у диэлектрика. У связанных микрополосковых линий ко­эффициенты фазы синфазной и противофазной волн различны» В син­фазной волне электрическое поле в основном сосредоточено в ди­электрике. В противофазной волне значительная часть электрических силовых линий замыкается через воздушное пространство и эффектив­ная диэлектрическая проницаемость существенно меньше проницаемос­ти диэлектрика. В результате коэффициент фазы у противофазной волны всегда меньше. У ответвителя на керамике А-995 ( = 9,8), например, при С = 10 дБ разность коэффициентов составляет око­ло 12%. Значит,одно из условий уравновешенной связи (2.17), (2.18) у микрополосковых связанных линий не выполняется. Это приводит к тому, что направленные ответвители на таких линиях имеют плохую направленность. На рис.2.31,5 приведены графики зависимости на­правленности D от переходного ослабления С и рабочей частоты. Направленность уменьшается при уменьшении связи.

Варианты ответвителей с повышенной направленностью показа­ны на рис.2.32. Выполнение зазора в виде зигзагообразной линии (рис,2.32,а ) приводит к увеличению замедления противофазной вол­ны и к увеличению направленности. Зубья на внутренней стороне про водников позволяют удлинить путь противофазной волны, основная часть энергии которой переносится вблизи зазора между проводника­ми. В то же время они мало влияют на длину области связи синфаз­ной волны, основная энергия которой переносится внутри диэлектри­ка. У ответвителя рис.2.32, б область связи является фильтром нижних частот (а следовательно, и линией задержки) для противо­фазной волны. Правильным выбором соотношений ширины проводников и зазоров между ними обеспечивают [II] постоянство характеристиче­ского сопротивления вдоль линии для волны четного типа и требуе­мое дополнительное замедление волны нечетного. Звенья с одинако­вой длиной зубцов и промежутков целесообразно использовать при С = 8...13 дБ. В ответвителях с С < 8 и С> 13 необходимо приме­нять звенья с другими соотношениями между этими длинами» При С = = 10 дБ у ответвителя на поликоре получено D> 20 дБ в октаве [II],

Навесные или конструктивные емкости, соединяющие проводники в области связи (рис.2.32, в ), тоже позволяют замедлить противофаз­ную волну. С той же целью область связи покрывают слоем диэлект­рика (рис.2.32, г ), иногда сверху наносят еще и дополнительную проводящую пластину (рис.2.32,g ). В линиях с неоднородной подлож­кой (рис.2.32, е ) при введение дополнительного слоя приводит к снижению четной волны и слабо влияет на харак­теристики нечетной волны.