Сверхвысокочастотный мост
Устройство может быть использовано в широкополостных системах радиосвязи, телекоммуникаций и радиолокации. В предложенном мосте, содержащем два идентичных проводника одинаковой электрической длины, окруженных сплошным металлическим экраном, задействован отрезок коаксиального кабеля с волновым сопротивлением, равным величине подключаемых нагрузок, и электрической длиной, равной электрической длине проводников. Кабель расположен параллельно металлическому экрану вне его, а концы центрального проводника кабеля соединены с соответствующими торцами экрана. Техническим результатом является обеспечение при одинаковом с прототипом продольном размере L в три раза меньшей неравномерности деления мощности 0,5 дБ на стандартных коаксиальных кабелях 50 и 75 Ом. 2 ил.
Устройство относится к области техники СВЧ и может быть использовано в радиотехнических системах различного назначения в качестве элементной базы коаксиальных и полосковых узлов, таких как делители-сумматоры мощностей высокочастотных колебаний, аналоговые и дискретные фазовращатели, радиочастотные мультиплексеры, фильтры и прочее.
Актуальность разработки таких мостов обусловлена дальнейшим ужесточением требований к сверхвысокочастотным узлам систем связи, телекоммуникаций и радиолокации в отношении их широкополосности, габаритов и массы, унификации и стандартизации комплектующих элементов. Для обеспечения всевозрастающих в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазонах волн требований необходимо реализовать коаксиальные или полосковые мосты, обеспечивающие направленное деление входной мощности между двумя развязанными выходами в отношении 1:1 с незначительной неравномерностью в полосе частот не менее октавы (соответствующий коэффициент перекрытия диапазона не менее 2). Известен так называемый "U-образный" сверхвысокочастотный мост, описанный в работе: "Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний". / Под ред. З.И. Моделя. - М.: Сов. Радио, 1980, стр. 11-12. Этот мост образован двумя отрезками линий передачи, концы которых соединены с общим сопротивлением нагрузки. Начала обоих отрезков образуют пару развязанных между собой входных плеч моста, между которыми включен балластный резистор. При длине отрезков линий, равной четверти длины волны сверхвысокочастотных колебаний, входные сопротивления моста вещественны, и он пригоден для суммирования мощностей синфазных генераторов с несимметричными относительно общего возвратного провода выходами. Однако при отклонении частоты от той, при которой обеспечивается четвертьволновость отрезков, входные сопротивления моста становятся комплексными и эффективность его суммирования снижается. Поэтому мост в режиме деления мощности, когда источник сигнала подключен вместо общего сопротивления нагрузки, также характеризуется значительным снижением эффективности. В частности, развязка между выходами остается на приличном уровне (не менее 25 дБ) лишь в относительной полосе частот 17%. И хотя неравномерность деления мощности между каналами в этой полосе частот невелика (порядка 0,4 дБ), 17%-ой широкополосности моста по развязке совершенно недостаточно для современных широкодиапазонных радиотехнических систем. Известен также сверхвысокочастотный мост, описанный в работе: "Радиопередающие устройства". / Под ред. О.А. Челнокова, М.: Радио и связь, 1982, стр. 109-110, рис. 5.2а. Этот мост содержит две пары отрезков линии передачи с различными волновыми сопротивлениями, соединенными в квадрат. Точки соединения отрезков в вершинах квадрата образуют общее (входное или выходное) плечо, два рабочих плеча и плечо балластного резистора. При включении моста в систему сложения подлежащие суммированию мощности генераторов высокочастотных колебаний подаются на зажимы рабочих плеч, а нагрузка подключается к общему плечу. Такой мост весьма удобен для полосковой реализации в диапазоне частот до 30 ГГц. Однако этот мост характеризуется весьма малой относительной полосой частот по уровню 25 дБ развязки рабочих плеч, составляющей порядка 6%. Поэтому, несмотря на незначительную (около 0,3 дБ) неравномерность деления мощности в такой узкой полосе частот, описанный мост находит ограниченное применение в современных широкодиапазонных устройствах. Известен также сверхвысокочастотный мост, описанный в работе: Д.М. Сазонов, А. Н. Гридин, Б.А. Мишустин "Устройства СВЧ", М.: Высшая школа, 1981, стр. 118-121, рис. 3.12а. Этот мост, являясь частным случаем направленного ответвителя на линиях передачи с Т-волной, образован двумя проводниками одинаковой электрической длины, окруженных сплошным металлическим экраном. Концы проводников служат рабочими плечами моста, к которым подключаются источники сверхвысокочастотных колебаний, балластная и полезная нагрузки. Такое конструктивное исполнение моста позволяет обеспечить как в коаксиальном, так и в полосковом вариантах постоянный, равный 90 градусов, сдвиг фаз между выходными сигналами во всем диапазоне рабочих частот. Однако неравномерность амплитудно-частотной характеристики выходных сигналов существенно увеличивается по мере роста коэффициента перекрытия диапазона, достигая 1,5 дБ в октавной полосе частот, что не позволяет использовать упомянутый мост в широкополосных делителях-сумматорах, фазовращателях и фильтрах. Известен также трансформаторный сверхвысокочастотный мост, описанный в АС СССР 527008, МПК Н 03 Н 7/48, 1976 год. Этот мост, содержащий пять отрезков коаксиального кабеля, намотанных на кольцевом ферритовом сердечнике, позволяет суммировать мощности двух сверхвысокочастотных генераторов с симметричными выходами. При этом одна из двух нагрузок - симметричная, а другая - несимметричная, причем каждая нагрузка может быть полезной или балластной в зависимости от разности фаз суммируемых сигналов. Несмотря на то, что рабочая полоса частот такого моста превышает октаву, имеет место значительная неравномерность деления мощности, достигающая 0,8 дБ, а отсутствие у симметричной относительно общего провода нагрузки точки заземления одного из выводов создает значительные трудности при ее размещении в аппаратуре в случае большой рассеиваемой мощности. К тому же наличие ферритового сердечника ограничивает уровни суммируемых мощностей из-за значительного его нагрева и не позволяет применять такие мосты на частотах выше 150 МГц. Известен также сверхвысокочастотный мост, содержащий две многопроводные линии с несимметричными относительно общего провода полезными балластными нагрузками, описанный в АС СССР 664277, МПК Н 03 Н 7/48, 1979 год. Каждая из многопроводных линий состоит из (2N + 1) проводников, начала и концы которых соединены между собой, а также с генераторами и нагрузками в определенной Формулой изобретения последовательности, обеспечивающей повышение коэффициента полезного действия при одновременном расширении полосы частот складываемых электрических колебаний. При этом проводники с номерами 1...2N выполнены в виде внутренних проводников отрезков коаксиальных линий, а их оплетки соединены по всей длине между собой и образуют (2N + 1)-ые проводники соответствующих многопроводных линий. Такое построение моста позволяет обеспечить рабочие полосы частот несколько октав. Однако при практической реализации моста, содержащего в общей сложности 4N (N - целое число) отрезков коаксиальных линий, возникают серьезные конструктивно-технологические трудности с размещением пучка отрезков в ограниченном объеме. Кроме того, необходимость соединения концов отрезков между собой и нагрузками (выполняемое, как правило, пайкой) приводит к появлению неоднородностей и реактивностей в точках соединения линий. Последнее обусловливает существенную неравномерность частотной характеристики мощности в нагрузках по диапазону, достигающую 1-1,2 дБ, что приемлемо далеко не всегда и ограничивает область применения таких мостов частотами 150 - 180 МГц. Прототипом предлагаемого изобретения является мост из упомянутой работы Д. М. Сазонова, А. Н. Гридина, Б.Д. Мишустина "Устройства СВЧ", М.: Высшая школа, 1981, стр. 118 - 121. Как уже отмечалось, неравномерность частотной характеристики выходных сигналов моста достигает 1,5 дБ в октавной полосе частот, хотя он и обеспечивает хорошее согласование и приличную направленность в этой полосе. Задачей предлагаемого изобретения является создание высокоэффективного сверхвысокочастотного моста, имеющего меньшую неравномерность частотной характеристики выходных мощностей. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в известный сверхвысокочастотный мост, содержащий два идентичных проводника одинаковой электрической длины, окруженных сплошным металлическим экраном, дополнительно введен расположенный вне экрана отрезок коаксиального кабеля с волновым сопротивлением, равным величине подключаемых нагрузок, и электрической длиной, равной электрической длине проводников, при этом концы центрального проводника кабеля, расположенного параллельно металлическому экрану, соединены с соответствующими торцами экрана, концы идентичных проводников, волновые сопротивления которых в![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/50/506882.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/50/506883.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/958.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8734.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/50/506884.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/50/506885.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/50/506886.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
Z11=A
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
В то же время коэффициент деления мощности М0 на центральной частоте f0 может быть выражен через
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/50/506887.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/50/506888.gif)
Полагая М0= 1 и учитывая, что при совершенном согласовании и идеальной развязке (Kст.u= 1; I=
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8734.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/50/506889.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
В процессе реализации моста по заданной величине R нагрузок плеч рассчитываются геометрические размеры проводников, экрана и кабеля либо подбираются стандартные коаксиальные кабели. При этом структура заявляемого моста, отличительной особенностью которого является наличие электромагнитной связи торцов 8, 9 экрана 3 посредством коаксиального кабеля 4, такова, что при выполнении условий (4) удается обеспечить при одинаковом с прототипом продольном размере L в три раза меньшую неравномерность деления мощности, составляющую в октавной полосе частот fH...fB (fB=2fН) величину 0,5 дБ. Сам продольный размер равен четверти длины волны
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/949.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/50/506890.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/50/506891.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/50/506892.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8805.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8804.gif)
Формула изобретения
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/50/506893.gif)
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2