Главная страница Комод Кухня Компьютерный стол Плетеная мебель Японский стиль Литература
Главная  Устройства сложения и распределения 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [ 17 ] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

любого канала отличается от фазы сигнала в соседнем канале на я/2 и для центральной частоты S+i.i (/о) = /(-2)/2*/2.

Худшую частотную зависимость имеют коэффициенты передачи из входов с номерами 5 и во вход + 1 , так как они определяются через однотипные (с одинаковыми индексами) коэффициенты передачи парциальных НО (рис. 7.2). В частности, из рис. 7.2 следует, что при неравномерности выходной мощности в частотном диапазоне не более ±10% относительная полоса пропускания 8-канального устройства составляет 0,33.

В силу квадратурности МУ обладает свойством выравнивания входного КСВН при близких значениях коэффициентов отражения

нагрузок. Если все нагрузки имеют коэффициент отражения Г, то входной коэффициент отражения определи

лится как Гы+1 = Г 2 8ц8ц. ( = i

С учетом (7.1) получим Tn+i = = I Г| cos2*a:/(1 + sina:)*, что иллюстрируется рис. 7.3.

Простым в практическом исполнении, особенно на полосковых и микрополосковых линиях, является МУ попарного сложения из простейших МУ типа укороченного кольца. Расчет параметров МУ мо-


Рис. 7.1.

сложения

Многополюсное МУ попарного

0,8 0,6

Г

о,ъ

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 f/fg

0,Z5\

0,2 0,и 0,5 f/fg

Рис. 7.2. Частотная зависимость нормированных коэффициентов передачи по мощности

Рис. 7.3. Частотная зависимость модуля входного коэффициента отражения делителя с 8 выходами прн различных значениях коэффициента отражения нагрузок

жет производиться раздельно для каждого из идентичных МУ, составляющих его, или как для единого устройства. В последнем случае волновые сопротивления отдельных МУ рассчитываются как элементы многоступенчатого трансформатора сопротивлений, образованного при закорачивании эквипотенциальных точек схемы. Устройство деления мощности между N = 2 нагрузками представляет трансформатор, состоящий из k четвертьволновых отрезков с коэффициентом трансформации, равным числу выходных каналов. Параметры трансформатора могут быть выбраны в рабочей полосе с чебышевской или максимально плоской частотной характеристикой. Далее находятся величины волновых сопротивлений плеч самого МУ [46].

При изготовлении многоканальных делителей непосредственное соединение отдельных МУ не всегда возможно из-за малых размеров балластного сопротивления. В этом случае необходимы соединительные линии, которые также могут служить четвертьволновыми трансформаторами*. Увеличение числа каналов и, следовательно, четвертьволновых трансформаторов позволяет расширить полосу согласования МУ [37]. При обычном же соединении идентичных МУ с увеличением числа каналов полоса пропускания сужается. Так, для делителя на 4 канала (рис. 7.4) при Рн = = 50 Ом и волновых сопротивлениях, соответственно равных = 79 Ом, Wa = = 50 Ом, Wг = 63,4 Ом, перекрытие по частоте при допустимом Г < 0,05 равно а = 2,3. Из условия развязки входов на средней частоте находим величину балластного резистора Poi = W\IR= = 125 0м. Нагрузкой МУ второй ступени является трансформированное через отрезок входное сопротивление МУ первой ступени. Отсюда величина балластного резистора во второй ступени будет Рбг= = W\W\I{W\2R = КегЩ1Ш\ = 100 Ом. На рис. 7.5 приведен общий вид микрополоскового делителя (/ 10 ГГц), выполненного с приведенными выше величинами W и длиной плеч кольца / = ЗУ4.

Ограничением коэффициента трансформации является физическая реализуемость волновых сопротивлений линий. Желательно, чтобы при коаксиальном исполнении они лежали примерно в пределах 20-150 Ом. В микрополосковом исполнении линии с Г 90-100 Ом трудновыполнимы и имеют значительные потери. Поэтому при достаточно большом числе нагрузок систему удобнее разбивать на отдельные группы. Этот же подход может быть использован при построении делителя на произвольное число каналов Ф2 я при делении на неравные мощности.

Возможно создание полуразвязанных делителей сумматоров с неполным числом балластных резисторов (см. § 4.6). В этом случае плечи моста заменят соединительные линии и будут являться только трансформирующими отрезками. Так, например, в делителе на Л/ = 2* = 8 входов можно исключить развязывающие сопротивле-

* При частичном использовании полосы частот длины трансформирующих отрезков могут быть укорочены для уменьшения габаритов.



ния второй ступени. Тогда эквивалентная схема будет иметь коэффициент трансформации, равный 8, а число трансформаторов п = 3. При необходимости можно добавлять согласующие отрезки.

На рис. 7.6 приведена схема устройства деления мощности сантиметрового диапазона волн с /V = 8, на вход которого добавлен четвертьволновый трансформатор для получения удобных для реализации волновых сопротивлений W и расширения полосы согласования. Устройство было выполнено на несимметричных полосковых линиях. При /?н = rbx = 50 Ом величины W и равны: = = 60,4 Ом, = 50,2 Ом, Ws = 49,6 Ом, Wi = 40,1 Ом, rqi = = 104 Ом, /?б2 = 72 Ом. При этом согласование входов по уровню КСВН = 1,35 выполнялось в диапазоне fjfs 2,7. Величина развязки между входами была 1 = 8 - 13 дБ на средней частоте. Для многих практических задач это достаточно для предотвращения аварийных режимов.

7.2. УСТРОЙСТВА ЦЕПОЧЕЧНОГО ТИПА НА СВЯЗАННЫХ ЛИНИЯХ

МУ цепочечного типа на связанных линиях (рис. 7.7) содержит НО с одинаковой электрической длиной, но с различной связью. Величина связи возрастает с увеличением порядкового номера секции, отсчитываемого от входа делителя [47]. Матрицы рассеяния секций имеют вид (2.25), а их элементы отличаются лишь параметрами

h = \Н = 1/У 1 -t- mi-ГШ cos X

и фо,- = arctg 1{т + 1) tg х].

Поскольку все составляющие НО согласованы и развязаны независимо от ча-




Рис. 7.4. Делитель мощности (iV=4)

Рис, 7.6. Выполнение микрополоскового диапазона

Рис. 7.6. Устройство деления мощности (N лений во втором ряду,

Rn ъ

делителя (Л/=4) сантиметрового = 8) без развязывающих сопротив-

стоты, то, перемножая соответствующие коэффициенты передачи секций, найдем элементы матрицы рассеяния всего МУ. Элементы первой строки и столбца [48]

S 1 = / ехр [- /ф! (rt-1)] 1 -ехр

п \n~i

-i 2 Фог П h, (7.2)

/=1 = 0

-/(Л^-2)ф1+ 2 Фог 1=1

где п= 1, 2, N-\; <о= 1 физического смысла не имеет и введено для удобства; <fi = 2n/i/X.o - сдвиг фазы сигнала на отрезках линий, соединяющих НО между собой. Их длину принимаем одинаковой. Все остальные элементы матрицы рассеяния равны нулю.

По формулам (7.2) рассчитана частотная зависимость коэффициентов передачи по мощности МУ (рис. 7.8, а и б). Так как кривые симметричны относительно средней частоты рабочего диапазона, то они приведены на участке нормированных частот (0-1). Наибольшая неравномерность передачи по мощности наблюдается между последним и предпоследним входами.

Увеличение числа НО приводит к незначительному сужению полосы пропускання. Так, при отклонении мощности на выходах в пределах ±10% коэффициент перекрытия по частоте равен 1,598 для МУ из двух НО; 1,548 - из пяти и 1,515 - из семи НО.

Рассмотрим фазовые характеристики МУ с одинаковым распределением мощности иа выходах. Положим /д^ = In-i) остальным выходам с номерами п подключим отрезки, длина которых выбрана из условия In = 2j + ,{N - п - \) li для п = 1,2.....N - с целью обеспечения сдвига 90° мезкду выходными сигналами на центральной частоте.

Как и все квадратурные МУ, это устройство в режиме деления мощности обладает свойством выравнивания входного КСВН. Разность фаз между выходными сигналами определим из соотношений (7.2):

argSiv+i.iv-arg Sjv+i,w i=n/2,

Рис. 7.7. Многополюсное МУ цепочечного типа на связанных линиях

0,1(5 0,Ъ5 0,15 0,15

о,г

0,15 0,1

в

--

о,г о,и 0,6 0,8 f/fff tt)

о,г 0,1 0,6 0,8 f/fo

Рис. 7.8. Частотная зависимость нормированных коэффициентов передачи по мощности для различных номеров выходов МУ 4-канальиого (а) и 7-каналь-ного (б) устройств



откуда следует, что на центральной частоте фазы соседних выходных зажимов отличаются на п/2. Однако в диапазоне частот этот закон выполняться не будет вследствие нелинейности фазовых характеристик НО. Сдвиг фаз между сигналами N k(N - 1) выходов будет равен независимо от частоты. Обозначим отклонение сигнала от линейного закона на выходных зажимах: Дфг = Фо1 - х; Афз = Фоз - X.....Афд, = Фодг - х. Путем несложных преобразований получим

a9 = arctg[(Vl + m-l)tgx/(Vl+mtg x+l)].

(7.3)

На рис. 7.9 приведены частотные зависимости величины отклонения сдвига фаз сигналов на выходных зажимах от линейного закона, рассчитанные по формуле (7.3) при различном числе выходов. Кривые даны для участка нормированных частот (0-1), так как они симметричны относительно средней частоты с точностью до знака (Д(р„ меняет знак) при 2 > / > 1. С отклонением от средней частоты нелинейность сдвига фаз тем больше, чем выше порядковый номер выхода. Максимальная величина отклонения фазы от линейного закона в полосе пропускания не превышает 5,9° для устройства из трех НО и 4,7° для устройства из шести НО.

При подключении к выходам МУ в режиме деления рассогласованных нагрузок с коэффициентами отражения Г^, Tj.....Гд соответственно выходящие волны будут определяться системой уравнений

bi = Si, N+l w-bi

(7.4)

Решив систему (7.4) относительно 6д^ 1/ад 1, получим выражение для коэффициента отражения на входе МУ с рассогласованными нагрузками

r;v+l= 21 Гп5, +,. (7.5)


0,8 т


0,8 f/fa

Рис. 7.9. Частотная зависимость Дфп для различных номеров выходов делителя Рис. 7.10. Частотная зависимость входного коэффициента отражения делителя с четырьмя выходами при различных коэффициентах отражения нагрузок:

1) П-0,5, rw=I.O; 2) Г( = 1.0. Г =0; 3) Г( = Г1У=0,5; 4) Г( = Г1У = 1,0

Подставив соотношения (7.2) в (7.5), определим входной коэффициент отражения моста на центральной частоте при одинаково рассогласованных нагрузках (Г„ = Г)

rv-f ! = r/JV ехр {-2/ [фа -KV - 2) ф^]} {1 ехр (-уя) + ... + + ехр {-~i{N - \)п]). Для четного числа НО Гд , , = TJN ехр (-2; [щ -\- (N - 2) ф^}, для не-

четного Г

= 0.

Если же к Л'-выходу МУ подключена согласованная нагрузка (Гд = 0), то входной коэффициент отражения равен нулю при четном числе НО. Это свойство устройства в режиме деления очень важно практически и аналогично свойствам других квадратурных МУ, например свойствам трехдецибель-ного НО.

В случае применения МУ для распределения мощности между однотипными нагрузками можно добиться расширения полосы компенсации входного коэффициента отражения делителя, подключив к Л^-выходу нагрузку с определенным коэффициентом отражения [49, 52]. В общем виде входной коэффициент отражения из (7.5) и (7.2) как функция фазовых углов коэффициентов отражения нагрузок и величины связи НО равен

N+\=t\ ехр|-2/[фо1+ф2+(Л'-2)ф1]} X

N-\ п-2

-2 r (l-/ i) ехр (-2/фо < -!,) П /? ехр(-2/ф„г) +

1 = 2

+ П /.ехр(-2/фог)

1 = 2

(7.6)

Приравняв левую часть соотношения (7.6) к нулю, определим коэффициент отражения в Л'-й нагрузке, необходимый для полной компенсации входного коэффициента отражения: N-\

r;v= 2 Г„(1-/ ,)е-2М( -1) П /.е

п=2 (=2

N- I

П

-2/фп;

(7.7)

Применяя известные методы, можно на основе соотношения (7.7) синтезировать двухполюсник, обеспечивающий компенсацию коэффициента отражения на входе делителя мощности при произвольно рассогласованных нагрузках выходов. Частотная зависимость модуля входного коэффициента отражения делителя, рассчитанная по формуле (7.6) для четырех выходов каналов при одинаково рассогласованных, приведена на рис. 7.10.

7.3. УСТРОЙСТВА ЦЕПОЧЕЧНОГО ТИПА НА НЕСВЯЗАННЫХ ЛИНИЯХ

На рис. 7.11 показано iV-полюсноеМУ цепочечного типа, состоящее из iV - 1 2-канальных делителей на четвертьволновых отрезках линий. Для обеспечения бесконечной развязки на центральной частоте необходимо, чтобы выходы каждой секции МУ были эквипотенциальны. Отрезки линий, соединяющие с выходами секции основной линии, имеют волновое сопротивление, равное номинально-му (R).

Для определения параметров рассеяния отдельной секции можно применить метод синфазно-противофазного возбуждения, посколь-



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [ 17 ] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

© 2007 EPM-IBF.RU
Копирование материалов разрешено в случае наличия письменного разрешения