Коаксиальное исполнение
Матрица рассеяния
Полосковое исполнение
Матрица рассеяния
Бинарный делитель мощности
Такой делитель мощности относится к классу реактивных шестиполюсников и поэтому не может быть одновременно согласовано по всем трем входам. Чтобы обеспечить согласование и развязку входов 2 и 3 в его схему вводят поглощающий элемент (резистор R).
Выходные плечи 2 и 3 оказываются изолированными друг от друга. Доля просочившейся из плеча 2 в 3 мощности из-за неточности изготовления делителя не превышает –20 дБ в полосе частот 30…35 %.
В делителе используются параллельное разветвление линий передачи на входе 1, два четвертьволновых трансформатора с волновыми сопротивлениями
Z B 
2 и поглотитель в виде сосредоточенного резистора с нормированным сопротивлением R=2.
Качество работы делителя мощности в полосе частот оценивается КБВ каждого входа |
K |
i |
и коэффициентами передачи (дБ) |
Lij |
20 lg |
sij |
. |
|
|
|
|
||||
Рабочая полоса частот составляет примерно ±20%. |
|
|
|
|
|
|
|
Делитель с неравным коэффициентом деления
Топология микрополоcкового направленного делителя с неравным делением мощности в выходных плечах k 2 P2 
P3 (P2>P3). Неравномерность деления обеспечивается разными значениями волновых сопротивления W2 и W3. Линии с волновыми сопротивлениями W1, W4, W5 являются четвертьволновыми согласующими трансформаторами.
Длины участков линий с волновыми сопротивлениямиW1, W2, W3, W4, W5 равны 
4 .
Возможные варианты согласованных кольцевых делителей мощности на неравные части показаны на рисунках а) и б). Расчетные соотношения для элементов идеальных матриц рассеяния делителей мощности на центральной частоте:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s |
|
s |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
t Z B3 Z B1 |
|
1 t 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
s |
22 |
33 |
, |
s |
21 |
j t |
, |
s |
31 |
j 1 t |
|
, |
Z |
B4 |
|
Z |
B2 , |
R Z |
B4 |
Z |
B2 |
Z |
B1 |
Z |
B2 |
для делителя с измененными волновыми сопро- |
|||||||||||||||||||||||||
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
тивлениями выходных линий (а); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
s |
s |
|
s |
|
0 |
|
s |
|
t |
|
s |
|
|
1 t 2 |
t |
Z B3 |
Z B1 |
1 t 2 |
|
|
|
|
Z |
|
|
R Z 2 |
Z 2 |
|
Z |
|
Z |
|
|
|
|
||||||||||||||||
22 |
33 |
, |
21 |
, |
31 |
Z |
B4 |
B2 |
2 |
B1 |
B2 |
для делителя с согласующими трансформаторами в |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
11 |
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B4 |
|
|
B |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
выходных линиях (б)
а) 
б)
Многоканальные делители мощности СВЧ
Такие делители мощности находят применение в трактах многоэлементных антенных решеток.
Они предназначены для деления мощности источника в требуемом соотношении между большим числом выходных каналов, возбуждающих излучающие элементы антенной решетки.
Эквивалентный многополюсник такого делителя показан на рис. 7.17.
Мощность источника, подключаемого к первой паре клемм (входу), должна быть распределена между N выходными парами клемм. Элементами для построения таких делителей могут служить тройники, балансные делители мощности, мостовые устройства и их комбинации. Наиболее распространенными являются параллельная (рис. 7.18,а), последовательная (рис. 7.18,6) и параллельно-последовательная (рис. 7.18,в) схемы построения многоканальных делителей.
Каждый квадратик на этих схемах обозначает элементарный делитель мощности.
Характеристики многоканальных делителей могут быть найдены по известным характеристикам элементарных делителей путем объединения их в общую схему.
Циркуляторы СВЧ
УГО |
|
|
|
Y-циркулятор |
X-циркулятор |
Назначение |
Циркуляторы представляют собой устройства СВЧ, имеющие три или четыре входных линии передачи, причем мощность СВЧ без по- |
|
|
терь передается в одном направлении, например, с первого входа на второй, со второго на третий и т.д. |
|
|
Циркуляторы, имеющие три входных линии передачи, называются Y-циркуляторами. |
|
|
Циркуляторы с четырьмя входами называются Х-циркуляторами. На эквивалентной схеме такие циркуляторы отображаются в виде |
|
|
шестиили восьмиполюсника соответственно. |
|
|
Циркуляторы применяются в трактах приемопередающих радиотехнических систем для работы на прием и передачу с помощью общей |
|
|
антенны. Они используются также в схемах суммирования мощности нескольких генераторов СВЧ и в трактах измерительных стендов |
|
|
СВЧ. |
|
Основные характеРазвязка между плечами и прямые потери. |
|
|
ристики |
Среди различных видов циркуляторов именно Y-циркуляторы получили наиболее широкое распространение. Это объясняется их про- |
|
|
стотой, малыми габаритами и массой. Y-циркуляторы весьма широкополосны. |
|
|
Рабочая полоса частот волноводных Y-циркуляторов достигает 30%, полосковых - октавы. |
|
Матрица рассеяния |
|
|
Циркулятор является невзаимным устройством СВЧ без потерь.
Наибольшее практическое применение имеют Y-циркуляторы, использующие различие магнитных проницаемостей феррита для волн круговой поляризации магнитного поля правого и левого вращений, а также поляризационный и фазовый Х-циркуляторы.
1
Волноводное исполнение Y-циркулятор
Цилиндрический ферритовый вкладыш 1 заполняет по высоте либо полностью, либо частично (с зазором Δ) 120-градусное разветвление в Н-плоскости 2. Для увеличения широкополосности на вкладыш надевают кольцевой диэлектрический трансформатор 3 и вводят дополнительные диэлектрические штыри
4. В простейшем случае чисто ферритового вкладыша без зазора (Δ= 0) его диаметр DФ 0,75 
Ф , требуемая относительная намагниченность материа-
ла, который обычно не насыщен, p |
|
|
Ф |
|
. |
|
8,5 |
|
|
14 |
|||
Ф |
||||||
Требуемая намагниченность M p
, соответствующее внутреннее поле H i определяется для выбранного материала по кривой намагничивания
M f H i . Внешнее поле |
H e H i Nz M . Размагничивающий фактор цилиндрического образца диаметром DФ и высотой h: |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
2 |
|
||||
|
|
|
|
|
arcsin |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
D |
||||||||||||||||
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф |
|
|
||||||||
DФ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
h |
|
2 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Nz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф |
|
|
|
. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Конструкция такого циркулятора представляет собой симметричный тройник в плоскости Н с намагниченным ферритовым вкладышем в его центре (рис). Величина намагничивающего поля Н0 значительно меньше резонансной.
2
Действие циркулятора можно объяснить следующим образом.
Волна типа Н10, поступающая в плечо 1, дифрагирует на ферритовом цилиндрическом вкладыше и возбуждает равные по амплитуде поверхностные волны, огибающие феррит в противоположных направлениях. Взаимодействие этих поверхностных волн с намагниченным ферритом характеризуется различными значениями магнитной проницаемости. При этом фазовые скорости поверхностных волн оказываются различными.
Подбирая диаметр ферритового цилиндра и величину намагничивающего поля Н0, можно при сложении поверхностных волн получить пучность напряжённости электрического поля в центре плеча 2, а узел напряжённости электрического поля в центре плеча 3. При этом энергия из плеча 1 поступит в плечо 2 и не поступит в плечо 3. Если энергия подаётся со стороны плеча 2, то она передаётся в плечо 3 и не поступает в плечо 1.
При подаче энергии в плечо 3 она передаётся в плечо 1 и не поступает в плечо 2.
В реальных конструкциях циркуляторов имеет место просачивание мощности из плеча 1 в плечо 3 и т.д.
Y-циркуляторы чувствительны к колебаниям окружающей температуры, величине магнитного поля, размерам ферритов и т.д. Для устранения этого феррит помещают в диэлектрическую втулку, которая может являться своеобразным элементом настройки циркулятора, так как подбором ее диаметра можно регулировать ширину рабочей полосы.
Y-циркуляторы имеют прямые потери около 0,1 дБ, развязку между плечами 30 дБ и Kст≥1,04.
3
Х-циркулятор (поляризационный циркулятор)
1- ферритовый стержень; 2 – переход с круглого на прямоугольный волновод; 3 – боковые ответвления к прямоугольному волноводу; 4 - соленоид
Поляризационный циркулятор (рис. а) имеет конструкцию, аналогичную конструкции поляризационного вентиля. Отличие состоит в том, что поглощающие пластины заменены волноводными входами III и IV циркулятора.
Причем вход IV развернут относительно входа III на 45° по часовой стрелке, если смотреть в направлении поля Н0. На рис.б-д схематично показаны взаимное расположение входов циркулятора и структура полей в различных сечениях при возбуждении каждого из его входов.
При возбуждении входа I мощность СВЧ проходит на вход II так же, как в поляризационном вентиле.
4
Входы III и IV оказываются развязанными, так как при ориентации силовых линий поля, показанной на рис. б, в них возбуждаются Е-волны, которые находятся в закритическом режиме.
При возбуждении входа II мощность СВЧ передается на вход III, так как после прохождения поляризатора плоскость поляризации волны Н11 повернется на 45° по часовой стрелке и силовые линии электрического поля станут перпендикулярными широким стенкам волновода входа III. При этом входы I и IV оказываются развязанными, так как в них не возбуждается основной волны Н10
Аналогично объясняется передача мощности СВЧ с входа III на вход IV и с входа IV на вход I (рис. г и д соответственно).
Фазовый циркулятор
Фазовый циркулятор является Х-циркулятором, и его схема показана на рис.
Он состоит из двух мостов, между которыми включен невзаимный фазовращатель.
При прохождении волны через такой фазовращатель слева направо ее фаза не изменяется, а при обратном прохождении фаза изменяется на 180°.
При возбуждении входа 1 фазового циркулятора мощность делится поровну между плечами 5 и 6 моста. Причем в плече 5 фаза волны 5 =0°, а в плече 6
6 =-90°.
Фазовые соотношения в плечах 7 и 8 второго моста сохраняются, т.е. фазы волн, возбуждающих эти плечи моста, 7 5 =0°, 8 6 =-90°, так как
невзаимный фазовращатель не изменяет фазу проходящей волны.
Второй мост делит мощность, подводимую к каждому из плеч 7 и 8 поровну между входами циркулятора 4 и 2. При этом на входе 4 волны складываются в противофазе, на входе 2 – в фазе.
Таким образом, при возбуждении первого входа циркулятора мощность СВЧ передается на его второй вход.
При возбуждении второго входа циркулятора мощность делится мостом поровну между плечами 7 и 8, причем 7 =-90°, 8 =0°.
При переходе через невзаимный фазовращатель с плеча 7 на плечо 5 фаза волны изменится: 7 5 -180°=-270°, а в плече 6 8 6 =0°.
При возбуждении плеч моста 5 и 6 равноамплитудными волнами с такими фазами происходит их синфазное сложение на третьем входе циркулятора. На входе I они оказывают в противофазе.
Рассуждая аналогично при возбуждении входов 3 и 4 циркулятора, можно показать, что мощность СВЧ передается на входы 4 и 1 соответственно. Практическая реализация таких циркуляторов определяется конструкцией мостового устройства, которое может быть выполнено в виде волноводно-
щелевых мостов, двойного Т-моста, кольцевого моста и т.п.
5