Р ис.29.26. Эквивалентная схема полоскового или коаксиального тройника
Рассмотрим полосковые и коаксиальные тройники. На рис.29.26 показана приближенная эквивалентная схема такого тройника. Пусть волновые сопротивления линий, образующих плечи 1, 2 и 3, равны ZB1 , ZB2 и ZB3 соответственно. Предположим, что в плече 1 распространяется низшая волна, переносящая мощность Р1 а плечи 2 и 3 нагружены на согласованные нагрузки. Поскольку линия, образующая плечо 1, в точках разветвления (рис.29.26) нагружена на параллельное соединение входных сопротивлений линий, образующих плечи 2 и 3, и равных их волновым сопротивлениям, то условие отсутствия отраженной волны от места соединения линий можно записать в виде 1/ZB1 = 1/ZB2+1/ZB3. Мощность, переносимая по линии ТЕМ-волной, обратно пропорциональна волновому сопротивлению линии, поэтому, поскольку линии в плечах 2 и 3 подключены параллельно, отношение мощностей, поступающих на выходы 2 и 3 плеч, будет равно P2/P3= ZB3 /ZB2 .Если обозначить P2/P2=m, тo записанные выше соотношения позволяют найти ZB2 и ZB3 ,при которых для заданных ZB1 и m входная мощность полностью поступает в выходные плечи: ZB2= ZB1 (m + l)/m и ZB3 = =ZB1(m + 1). При равном делении входной мощности (m = 1) имеем ZB2 = ZB3= 2ZB1 . На рис.29.18 показана конструкция микрополоскового тройника. Отметим, что для рассматриваемой конструкции эквивалентная схема (см. рис.29.26) не учитывает влияние неоднородности, возникающей в месте разветвления микрополосковых линий, на распространение волн. Обычно влияние неоднородности незначительно, если геометрические размеры области разветвления много меньше длины волны. Если требуется, чтобы волновые сопротивления всех линий, подключаемых к плечам тройника, были одинаковы и равны ZB, то между местом разветвления и выходами плеч 2 и 3 включают трансформирующие отрезки линии передачи с волновыми сопротивлениями ZTР1 и ZTP2 соответственно (рис.29.27), причем длина каждого отрезка равна λ0/4, где λ0 - длина волны в линии, образующей трансформатор, на расчетной частоте f0. Для обеспечения требуемого коэффициента деления мощности m и отсутствия отраженной волны в плече 1 на частоте f0 величины ZTР1 и ZTP2 следует определять из формул
При
m
= 1 (равном делении входной мощности)
.
Рис.29.27. Тройник с трансформирующими отрезками линий передачи с волновыми сопротивлениями ZTР1 и ZTP2
Отметим, что при отклонении рабочей частоты f от f0 во входном плече 1 появляется отраженная волна, т.е. появляется рассогласование. Полоса согласования тройника со стороны плеча 1 при m = 1 будет такая же, как и у четвертьволнового трансформатора, согласующего активные сопротивления, отличающиеся в 2 раза. Для расширения полосы согласования со стороны плеча 1 используют несколько трансформирующих ступеней. При этом можно обеспечить или максимально плоскую или чебышевскую АЧХ согласования. При подаче сигнала в плечо 1 (рис.29.27) фазы сигналов, поступающие на выход плеч 2 и 3. будут одинаковыми независимо от коэффициента деления m и рабочей частоты f.
Реактивные шестиполюсники, к которым относятся рассматриваемые конструкции (рис.29.18 и 29.27), не могут быть одновременно согласованными со стороны всех плеч. Однако в некоторых применениях к тройникам предъявляют ряд дополнительных требований: обеспечение согласования со стороны всех плеч и обеспечение развязки (отсутствие связи) между выходными плечами 2 и 3. Например, если тройник используется для сложения мощностей от двух генераторов, работающих на одной частоте. В этом случае стабильная работа генераторов наблюдается при отсутствии отраженных волн от входов тройника и отсутствии взаимной связи между ними. Кроме того, в случае если тройник используется для деления входной мощности, то развязка между плечами 2 и 3 устраняет взаимную связь между несогласованными нагрузками, подключенными к ним.
Для обеспечения согласования со стороны всех плеч и развязки между плечами 2 и 3 в схему тройника (см. рис.29.27) вводят поглощающие элементы, чаще всего сосредоточенные резисторы (см. рис.29.28), называемые балластными сопротивлениями.