Семинар № 4. Проектирование делителей мощности

Определение геометрических параметров делителей мощности в виде кольцевого и двухшлейфного НО с коэффициентом деления m

Кольцевой НО показан на рис.1. Общая длина кольца равна 3L2 , длины отрезков

линии передачи между различными выходами и их волновые сопротивления по входам такого НО будут определяться как

y12 + y22 - y02 = 0 или Y12 + Y22 = 1,

Рис.1. Топология кольцевого НО длиной 3Λ2

Матрица рассеяния кольцевого НО имеет следующий вид:

Принцип работы такого НО легко просматривается из условия сложения сигналов в выходных плечах при возбуждении любого из четырех входов. Как видно из матрицы рассеяния, при возбуждении любого входа сигнал поступает только на смежные с ним выходы, а противоположное плечо всегда остается развязанным. Таким образом, представленный тип НО - противонаправленный.

Если нагрузить развязанный выход на согласованную нагрузку, то легко реализуется делитель мощности. В случае возбуждения входа 1 мощность поступает на выходы 2 и 3,

причем коэффициент деления мощности связан с параметрами кольцевого НО следующим соотношением:

С учетом условия идеального согласования (1) имеем

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

тогда матрица рассеяния кольцевого делителя мощности может быть записана в виде

Λ4

Рис.2. Топология двух-шлейфного НО

Длины отрезков линии передачи двухшлейфного НО и их волновые сопротивления показаны на рис.2.

Условие идеального согласования для такого НО запишется в виде

Матрица рассеяния двухшлейфного НО имеет следующий вид:

Матрица рассеяния (3) позволяет сделать вывод о том, что данный НО является

сонаправленным и сигналы в выходных плечах сдвинуты по фазе относительно друг друга на постоянную величину, равную p2 . Это является отличительной особенностью

двухшлейфного НО.

Если нагрузить развязанный выход этого НО на согласованную нагрузку, то, как и в предыдущем случае, легко реализуется на его основе делитель мощности. В случае

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

возбуждения входа 1 (см. рис.2) мощность поступает на выходы 3 и 4, причем

коэффициент деления мощности связан с параметрами двухшлейфного НО следующим соотношением:

Отсюда

Рис.3. Топология развязанного кольцевого делителя мощности

Равномерное деление мощности. Наиболее широкое распространение в СВЧ-технике получил развязанный кольцевой делитель мощности (рис.3). Его основные достоинства по сравнению с вышеприведенными делителями мощности - малые габариты, простота изготовления, меньшее количество входов. Он не требует применения согласованной нагрузки. В СВЧ-технике по отношению к нему применяется термин “бинарный делитель мощности”. Существенным его недостатком является то, что он делит мощность, поступающую на вход 1, только пополам.

Принцип действия этого делителя заключается в следующем. Если возбуждается вход 1 (см. рис.3), то в силу симметрии сигнал поровну делится между плечами 2 и 3, при этом точки В и С эквипотенциальны и через сопротивление R ток не идет.

Пусть теперь сигнал поступает в плечо 2, тогда в точку С он попадает через сопротивление R и через два четвертьволновых отрезка ВА и АС, т.е. в противофазе. При определенном выборе R и r1 относительно r0 можно обеспечить равенство по амплитуде

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

двух указанных сигналов и, следовательно, полную компенсацию энергии в точке С. Таким образом, плечи 2 и 3 будут развязаны. При этом половина мощности поступает в плечо 1, а половина рассеивается на сопротивлении R.

Выбор значений R иρ производится из известных коэффициентов матрицы рассеяния данного шестиполюсника. Воспользуемся только четырьмя коэффициентами:

где Y1 = r0 r1 и Y2 = 2r0 r1 .

Идеальное согласование трех плеч делителя (S11 = S22 = S33 ) и идеальная развязка плеч делителя 2 и 3 (S23 = 0) получаются при следующих значениях:

Неравномерное деление мощности. Схема кольцевого делителя мощности с развязанными выходами, способного обеспечить неравномерное деление мощности,

Рис.4. Топология кольцевого делителя мощности с неравномерным делением мощности

Электрические длины линий передач делителя равны

Ели задать коэффициент деления по напряжению Ku = U2 U3 , то волновые

сопротивления отрезков линий передачи делителя можно записать в виде r2 = r0 Ku (1 + Ku )2 ; r3 = r0 (1 + Ku2 )Ku ; r4 = r0 Ku ;

r5 = r0 Ku ,

асопротивление - как R = r0 (1+ Ku2 )Ku .

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Пример. Определить геометрические параметры делителя в виде кольцевого НО с коэффициентом деления мощности m = 4 на МПЛ с поликоровой подложкой толщиной h = 1 мм, ε = 9,8; частота f = 5 ГГц; входное сопротивление ρ0 = 50 Ом.

Решение. 1. Из соотношений (1) и (2) определим значения нормированных проводимостей Y1 и Y2 (см. рис.1):

dн = dср + W1 =11,96 мм .

Задание 1. Определить геометрические параметры делителя в виде: а) кольцевого и б) двухшлейфного НО с коэффициентом деления мощности m = 3 на МПЛ с поликоровой подложкой толщиной h = 0,5 мм (ε = 9,8; частота f = 2 ГГц; входное волновое

сопротивление

ρ0 = 50 Ом).

Задание 2. Определить геометрические параметры кольцевого делителя мощности с коэффициентом деления мощности m = 2 и m = 4 на МПЛ с поликоровой подложкой толщиной h = 0,5 мм (ε = 9,8; частота f = 8 ГГц; входное волновое сопротивление ρ0 = 50 Ом).

Литература

1. Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. - М.: Сов.

радио, 1976. - С. 157 - 170.

2. Чистюхин В.В. Антенно-фидерные устройства. - М.: МИЭТ, 1997. - С. 17 - 34.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com