Глава 3. Устройства с направленными ответвителями

3.1. Рефлектометр

Направленные ответвители со слабой связью находят широ­кое применение в рефлектометрах систем измерения коэффициентов от­ражения. Рефлектометр состоит из двух направленных ответвителей:

направленного ответвителя падающей волны (НОП) и направленного ответви­теля отраженной волны (НОО). Иссле­дуемая нагрузка подключается к гене­ратору через рефлектометр (рис.3.1). Сигнал на выходе ответвителя падаю­щей волны пропорционален напряжению падающей волны Сигнал на выходе ответвителя отраженной вол­ны пропорционален напряжению отраженной волны Очевидно, что после обработки можно опреде­лить коэффициент отражения

приведена схема панорамного измерителя КСВ и ослаблений в режиме измерения коэффици­ента отражения. В приборе используется генератор кача­ющейся частоты (ГКЧ),рефлек-

тометр, осциллографический индикатор. Сигнал с НОП используется в схеме автоматической регулировки мощности (АРМ). Сигнал с НОО пос­ле детектирования подается на пластины вертикального отклонения осциллографического индикатора* Горизонтальное отклонение луча пропорционально частоте измерения* На экране индикатора получает­ся зависимость КСВ нагрузки от частоты. Метка встроенного волно­вода выводится на индикатор для градуировки оси частот.

3.2. Делители мощности с развязанными выходами

Направленный ответвитель, к одному из выходов которого подключена согласованная нагрузка, может быть использован в каче­стве согласованного делителя мощности с развязанными выходами. О преимуществах таких ответвителей см. в приложении.

Пусть к входу 4 направленного ответвителя с матрицей рассея­ния , записываемой выражением (2.4), подключена согласованная нагрузка с коэффициентом отражения (рис.3.3). Запишем ма­трицу рассеяния полученного многополюсника. Воспользуемся форму­лой для расчета матрицы рассеяния схемы в виде нагруженного многополюсника [I, формула (2.52)];

Здесь - матрица рассеяния нагрузки (в нашем случае

- блоки матрицы рассеяния нагружаемого многополюсника.Оче­видно, что в соответствии с обозначениями [I] входы 1,2,3 втрав­ленного ответвителя - входа группы , вход 4 - единственный вход группы , следовательно, матрица разбивается на блоки следующим обрaзом :

Подставив записанные матрицы в (3.1), получим

Рассмотрим свойства шестиполюсника (рис.3.3) по матрице (3.2).

I. Все диагональные элементы равны нулю, следователь­ но, устройство согласовано со стороны всех входов.

2. Мощность, поданная на вход 1 , делится между входами 3 и 2 (рис.3.4,а), значит, устройство является согласованным делителем мощности с развязанными выходами.

3. Выходы 3 и 2 развязаны . Из-за свойств на­правленного ответвителя сигнал, поданный на вход 3 , не попадает на выход 2 , он частично поглощается согласованной нагрузкой, ос­тальная его часть отражается от входа 1 (рис.3.4, б).

Возьмем в качестве направленного ответвителя мост - гибрид­ное кольцо (см. рис.2.8) с матрицей рассеяния,записанной в(2.10). По формуле (3.2) матрица рассеяния схемы рис.3.5 записывается так:

Следовательно, устройство, представляемое схемой рис.3.4, может быть использовано как согласованный и развязанный делитель мощно­сти с равным делением и синфазными сигналами на выходах.

Схема рис.3.5 может быть преобразована в схему резистивного кольцевого делителя мощности, который широко применяется в совре­менной СВЧ схемотехнике. Для этого составим эквивалентную схему устройства (рис.3.5), в которой отрезки произвольных линий пере­дачи заменены отрезками эквивалентных двухпроводных линий (рис.3.6,а). Воспользуемся свойством эквивалентности двух четырехполюсников, эк­вивалентные схемы которых представлены на рис.3.7, и заменим схе­му рис.3.6, а схемой рис.3.6,б. При определении номинала резисто­ра r учтем, что , тогда

Очевидно, что исключение из последней схемы отрезка линии переда­чи длиной Л не изменит свойств схемы на расчетной частоте, по­этому схемам рис.3.4, рис.3.6, а и рис.3.6, б эквивалентна схема резистивного кольцевого делителя мощности (КДМ) с равным деле­нием (рис.3.8,а). Топология полоскового КДМ показана на рис.3.8,б. Его матрица рассеяния записана выше - (3.3). Выходы 2 и 3 КДМ раз­вязаны. Сигнал, поданный на вход 3 , частично поглощается в раз­вязывающем резисторе r , частично проходит на вход 1 и не прохо­дит на вход 2 . При одинаковых условиях мощность, поглощаемая в развязывающем резисторе г схемы рис.3.8, равна мощности, погло­щаемой согласованной нагрузкой схемы рис.3.5.

КДМ отличаются от устройств» построенных по схеме рис* 3.5 уменьшенными габаритами и простотой, однако работают при более низ­ких мощностях. Предельная мощность ограничена малой мощностью рассеяния развязывающего резистора»

Для оценки расчетной мощности согласованной нагрузки рассмот­рим следующий пример. Пусть к входу 3 устройства рис,3.5 подклю­чена нагрузка с коэффициентом стоячей волны K_CTU3 , а к входу 2 -нагрузка с . На вход i подан сигнал мощностью . Опре­делим мощность волны, поглощаемой согласованной нагрузкой.

Запишем нормированное напряжение сигнала

Используя матрицу рассеяния направленного ответвителя, запи­шем напряжение волн, падающих на нагрузки:

Определим модули коэффициентов отражения по формуле

а затем амплитуда волн, отраженных от нагрузок и падающих на вхо­ды 3 и 2 направленного ответвителя:

Из-за отражений от нагрузки входа 3 в согласованной нагрузке,под­ключенной к развязанному входу А направленного ответвителя, будет поглощаться волна с амплитудой а за счет от-

ражения от нагрузки входа 2 - волна с амплитудой

В худшем случае (напряжения и синфазны) амплитуда сум­марной волны, падающей на согласованную нагрузку, равна сумме и и мощность , рассеиваемую в согласованной нагрузке,мож­но оценить по формуле

Топология варианта КДМ, выполненного на щелевой линии пере­дачи, показана на рис.3.9. Поскольку эквивалентной схемой тройни­ка на щелевой линии является последовательное соединение сопротив лений плеч, волновое сопротивление щелевой линии кольца должно быть равно , а сопротивление развязывающего резистора рано но . Очевидно, что от устройства рис.3.9 легко перейти в

•

мосту рис.3.10, у которого кольцо выполнено на несимметричной ще­левой линии, а плечо Ц - на микрополосковой,