Ступенчатый трансформатор волновых сопротивлений

Полезная модель относится к области радиотехники, а именно к устройствам согласования линий передачи (ЛП) с различными волновыми сопротивлениями. Задачей предлагаемого изобретения является увеличение рабочей полосы частот и уменьшение длины трансформатора волновых сопротивлений (ТВС) по сравнению с рабочей полосой частот и длиной прототипа. Поставленная задача решается тем, что в малогабаритном ТВС, содержащем каскадное включение попарно равных по длине отрезков линий передачи с двумя чередующимися значениями волновых сопротивлений ₀ и ₀R, равных волновым сопротивлениям согласуемых ЛП согласно предлагаемому решению на его входе и выходе на равном расстоянии от центра включены шлейфы, один в режиме короткого замыкания с волновым сопротивлением _кз - параллельно, второй, в режиме холостого хода с волновым сопротивлением _хх - последовательно, длины шлейфов выполнены равными друг другу, при этом волновые сопротивления шлейфов связаны с волновыми сопротивлениями согласуемых линий передачи соотношением _кзхх=₀R, при этом длины шлейфов растут с ростом перепада волновых сопротивлений R.

Полезная модель относится к области радиотехники, а именно к устройствам согласования линий передачи (ЛП) с различными волновыми сопротивлениями. Полезная модель может быть использована в СВЧ аппаратуре.

Среди трансформаторов волновых сопротивлений (ТВС) на основе одиночных ЛП с Т-волнами простейшим является одноступенчатый ТВС. Он образован из одного отрезка однородной ЛП длиной l=_сp/4, где _ср - средняя длина волны рабочего диапазона частот, с волновым сопротивлением равным корню квадратному из произведения волновых сопротивлений согласуемых ЛП (Рибле Р.Н. Общий синтез четвертьволновых трансформаторов полного сопротивления // Вопросы радиолокационной техники. - 1975. -№.4 (40), С.13-14).

Достоинством одноступенчатого ТВС является простота конструкции, недостатком - узкая полоса рабочих частот.

Для расширения рабочей полосы частот используются более сложные многоступенчатые и плавные ТВС (Коллин Р. Теория и расчет широкополосных многосекционных четвертьволновых трансформаторов // Вопросы радиолокационной техники. - 1955. №.5 (29), С.88-100; Фельдштейн А.Л. К расчету оптимального плавного перехода // Радиотехника. - 1959. - Т.14, №3. - С.40-46; Мещанов В.П., Салий С.А., Цоц И.А., Шикова Л.В, Синтез ступенчатых переходов II класса // Радиотехника и электроника. - 1984. -Т.29, №10. - С.1896-1905).

Длина таких ТВС при _ср>50 см может достигать слишком больших значений, это является их недостатком.

Для уменьшения длины многоступенчатых ТВС используются немонотонные структуры и структуры со шлейфами (Мещанов В.П., Салий С.А., Цоц И.А., Шикова Л.В. Синтез ступенчатых переходов II класса // Радиотехника и электроника. - 1984. - Т.29, №10. - С.1896-1905; Мещанов В.П., Разукова И.А., Тупикин В.Д. Новая структура малогабаритных ступенчатых трансформаторов волновых сопротивлений // Радиотехника и электроника. - 1991. - Т.36, №8. - С.1492-1496; Мещанов В.П., Разукова И.А., Тупикин В.Д. Ступенчатые трансформаторы на основе линий передачи с Т-волнами // IEEE Trans. - 1996. - Vol.MTT-44, No 6. - P.793-798; Mattaei G.L. Short-step chebychev impedance transformers // IEEE Trans. - 1966. - Vol.MTT-14, No 8. - P.372-383; Levy R. Synthesis of mixed lumped and distributed impedance-transforming filters // IEEE Trans.- 1971.- Vol.MTT-20,

No 3. - Р.223-233; Vander Walt P.W. Short-stop-stub Chebychev impedance transformers // IEEE Trans. - 1986. - Vol.MTT-34, No 8. - P.863-868; Mayer K. Synthese von optimalen mehrstufigen /4-Transformatoren mit Stichleitungen // AEÜ. - 1971. - Band 25, Heft 2, No 2. - S.62-68).

Наиболее близким к предлагаемому является малогабаритный ТВС, выполненный на основе каскадного включения попарно равных по длине отрезков линий передачи с двумя чередующимися значениями волновых сопротивлений, равными значениям волновых сопротивлений ₀ и ₀R согласуемых линий передачи (См.: Мещанов В.П., Салий С.А., Цоц И.А., Шикова Л.В. Синтез ступенчатых переходов II класса // Радиотехника и электроника. - 1984. - Т.29, №10. - С.1896-1905.)

Достоинством этого ТВС является то, что при его изготовлении надо реализовать только два значения волновых сопротивлений, равные волновым сопротивлениям согласуемых ЛП. Однако для расширения рабочей полосы частот необходимо увеличивать количество ступеней, что приводит к увеличению длины ТВС.

Задачей предлагаемого решения является увеличение рабочей полосы частот при уменьшение длины трансформатора волновых сопротивлений.

Поставленная задача решается тем, что в малогабаритном ТВС, содержащем каскадное включение попарно равных по длине отрезков линий передачи с двумя чередующимися значениями волновых сопротивлений ₀ и ₀R, равных волновым сопротивлениям согласуемых ЛП согласно предлагаемому решению на его входе и выходе на равном расстоянии от центра включены шлейфы, один в режиме короткого замыкания с волновым сопротивлением _кз - параллельно, второй, в режиме холостого хода с волновым сопротивлением _хх - последовательно, длины шлейфов выполнены равными друг другу, при этом волновые сопротивления шлейфов связаны с волновыми сопротивлениями согласуемых линий передачи соотношением р_кзр _хх=R, при этом длины шлейфов растут с ростом перепада волновых сопротивлений R.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором приведено схематическое изображение предлагаемого ТВС, где

1 - вход ТВС;

2 - выход ТВС;

3 - первый отрезок однородной одиночной ЛП;

4 - второй отрезок однородной одиночной ЛП;

5 - третий отрезок однородной одиночной ЛП;

6 - четвертый отрезок однородной одиночной ЛП;

7 - параллельно включенный коротко-замкнутый шлейф;

8 - последовательно включенный разомкнутый шлейф.

Трансформатор волновых сопротивлений состоит из двух отрезков однородных одиночных линий передачи 3 и 6, имеющих одинаковые длины l₁ и волновые сопротивления ₀Р и ₀, двух отрезков однородных одиночных линий передачи 4 и 5, имеющих одинаковые длины l ₂ и волновые сопротивления ₀ и ₀R, и шлейфов 7 и 8. Вход 1 имеет волновое сопротивление ₀. Выход 2 имеет волновое сопротивление ₀R.

Предлагаемый ТВС работает следующим образом: высокочастотная мощность поступает на вход 1, распространяется по отрезкам 3-8. Большая часть мощности поступает на выход 2. Меньшая часть мощности из-за неидеального согласования отражается на входе 1.

В таблицах 1, 2 для предлагаемого четырех ступенчатого ТВС и восьми ступенчатого прототипа, имеющих в рабочей полосе частот максимальное значение модуля коэффициента отражения равное 0.03, для трех значений перепадов согласуемых волновых сопротивлений приведены: отношение граничных частот рабочего диапазона в ₂/₁, длины отрезков однородных одиночных ЛП и общая длина L/_cp.

Таблица 1.
Предлагаемый ТВС
R	1.5	3	10
2/1	5.3940	2.6682	2.1385
	0.03	0.03	0.03
l 1/cp	0.0439	0.0372	0.0226
l2/cp	0.1130	0.1085	0.0978
L/ср	0.3138	0.2914	0.2408
Таблица 2.
Прототип
R	1.5	3	10
2/1	3.767	2.6169	2.0572
	0.03	0.03	0.03
l 1/cp	0.0284	0.0175	0.0085
l2/cp	0.1685	0.1694	0.1490
l3/cp	0.0715	0.0557	0.0316
l4/cp	0.1228	0.1106	0.0783
L/ср	0.7824	0.7064	0.5348

Из табл.1, 2 видно, что предлагаемый ТВС широкополоснее и имеет меньшую длину по сравнению с прототипом.

Трансформатор волновых сопротивлений на основе каскадного включения попарно равных по длине отрезков линий передачи с двумя чередующимися значениями волновых сопротивлений, равными значениями волновых сопротивлений ₀ и ₀R согласуемых линий передачи, отличающийся тем, что на его входе и выходе на равном расстоянии от центра включены шлейфы, один в режиме короткого замыкания с волновым сопротивлением _кз - параллельно, второй в режиме холостого хода с волновым сопротивлением _хх - последовательно, длины шлейфов выполнены равными друг другу, при этом волновые сопротивления шлейфов связаны с волновыми сопротивлениями согласуемых линий передачи соотношением при этом длины шлейфов растут с ростом перепада волновых сопротивлений R.