Многоканальные делители мощности СВЧ

7.5. 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 по методике, изложенной в п. 11.1. Вопросы расчета и проектирования таких делителей мощности рассмотрены в [22].

//7л ВГ ПрСВЧУ2

//7л ВГ ПрСВЧУ

//л3 УСВЧ Макс

3.2. Делители мощности СВЧ

В трактах СВЧ широко используются делители мощности СВЧ, предназначенные для распределения в требуемом соотношении мощности источников СВЧ - колебаний на несколько каналов. Различают следующие типы делителей мощности СВЧ: тройники; направленные ответвители; мостовые устройства; многоканальные делители мощности СВЧ.

Тройники.Тройником называется сочленение трех линий передачи. Тройники на эквивалентной схеме отображаются в виде щестиполюсника. На рис. 3.3, а и б показаны волноводные симметричные Y-тройныки в плоскостях H и E соответственно и их эквивалентные схемы. Определим матрицы рассеяния этих устройств. Матрица рассеяния шестиполюсника имеет третий порядок (по числу пар клемм многополюсника или входов устройства СВЧ). Коэффициент отражения определяется при подключении к входу 1 генератора, а к остальным - согласованных нагрузок. В этом случае нагрузкой эквивалентной линии, соответствующей входу 7, является параллельное соединение двух линий с волновым сопротивлением W, эквивалентных входам 2 и 3, т.е. Поэтому Так как сочленение симметрично, то По этой же причине коэффициенты передачи из входа 1 на входы 2 и 3 равны, т. е. Поскольку рассматривается идеальный Y-тройник без потерь, то его матрица рассеяния унитарна. Поэтому сумма квадратов модулей элементов любой строки или столбца этой матрицы равна единице, т.е. . Учитывая сказанное, находим

Клеммные плоскости данного устройства могут быть расположены так, чтобы все элементы первого столбца матрицы рассеяния стали действительными. Учитывая, что Y-тройник является взаимным устройством и его матрица рассеяния симметрическая, получаем:

(3.1)

Рассуждая аналогично по отношению к симметричному Y-тройнику в плоскости Е, получаем:

(3.2)

Знак "минус" в коэффициентах передачи этой матрицы объясняется тем, что при возбуждении, например, входа 1 Y-тройника, на оставшихся входах ориентация вектора Е изменяется на противоположную (см. рис. 3.3, б). Y-тройники можно проанализировать с учетом их геометрической симметрии относительно оси и плоскости, проходящей через середину каждого из волноводов. Воспользовавшись методикой влияния геометрической симметрии устройств СВЧ на его внешние характеристики, можно получить матрицы рассеяния таких устройств, совпадающие с (3.1) и (3.2).

На рис. 3.4, а и б показаны волноводные T-образные тройники в Н- и E-плоскостях соответственно. Обычно их выполняют таким образом, чтобы они были согласованы по входам 1. Поэтому при возбуждении этих входов мощность делится поровну между плечами 2 и 3 (входы устройства СВЧ иногда называют плечами). Поэтому В H-тройнике при этом плечи 2 и 3 возбуждаются в фазе, а в E-тройнике - в противофазе. Учитывая сказанное и свойство унитарности матрицы , получаем следующие матрицы рассеяния T-образных тройников:

(3.3)

На рис. 3.5, а и б представлены тройники в коаксиальном и полосковом исполнениях соответственно. Они имеют матрицы рассеяния такие же, как у волноводного H-тройника. На практике часто возникает задача сложения мощностей двух источников в общей нагрузке. Рассмотрим возможность применения для этой цели, например, T-образного H-тройника. Подключим первый источник с амплитудой к плечу 2 тройника, второй источник с амплитудой к плечу 3, а согласованную нагрузку к плечу 7. Найдем амплитуды волн отраженных от тройника, с помощью определения матрицы рассеяния:

Отсюда следует, что мощность источников складывается в плече 1 тройника только тогда, когда . В противном случае в плечах 2 и 3 тройника появляются нежелательные отраженные волны. Для устранения этих волн при любых амплитудах источников необходимо, чтобы матрица рассеяния шестиполюсного устройства сложения мощности имела бы вид:

Так как эта матрица - симметрическая, то она соответствует взаимному устройству. Определим наличие тепловых потерь в данном устройстве. Для этого найдем собственные числа матрицы рассеяния как корни характеристического многочлена Подставив сюда матрицу получим: откуда Таким образом, при возбуждении устройства СВЧ первым собственным вектором матрицы он должен полностью поглощаться этим устройством, а второй и третий собственные векторы должны полностью отражаться от устройства СВЧ. Этими свойствами обладает согласованный тройник (или балансный делитель мощности), полосковый вариант которого показан на рис. 3.6. В его состав входит поглощающий элемент в виде резистора , величина сопротивления которого, а также волновые сопротивления плеч подбираются из условия обеспечения максимальной рабочей полосы частот устройства.

//л3 УСВЧ Макс

⇐ Предыдущая 12