Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 24
Текст из файла (страница 24)
е. ззз= — ззь Выразим условия получения направленности типа П через элементы матриц А парциальных четырехполюсников. Развертывая условия (4.10) с помощью формул перехода от элементов матрицы А к элементам матрицы 8 (формулы (4.5)1, приходим к равенствам (а++ а+)+( В++ с+) =(а — + с( — )+( Ь вЂ” + с — ); (а+ — сг+)+(б+ — с+)= — (а — — аг) — (6- -с ).
С учетом вещественности элементов а и с) и мнимости элементов б и с условие реализации направленности гила 11 принимает очень простую форму: (4.12) Пользуясь сформулированными условиями реализации направленности ответвителей в терминах параметров парциальиых четырехполюсников, можно не только уяснить принцип действия того или иного ответвителя (разумеется, имеющего плоскость симметрии), но и получить расчетные со— — — — — рг отношения для его проектирования. Пример. Йаа аеленныи отяетвятель иа свз Рис.
4.7. Топология провод ников направленного ответ вителя соз 5*1 (1хзе) ып й*1 АЯ= (11хз) а!п РЯ1 созбзЕ При таком виде парциальных четырехполюсников возможна реализация только направленности типа 11 с условиями на элементы матриц А* вила (4.12). Ош гласно этим условиям равенсгпо элементов аь=ич обеспечивается при олинаковых коэффициентах фазы О+ )3 =() в парппальных четырехполюсииках, а равенство элементов б*=сз — при специальном подборе волнорых сопротивлений: зг зк =1. Существенно, что условия реализации направленности получились не зависящими от электрической длины участка связи р) и, следовательно, идгалышя развязка и полное согласование входов обеспечиваются иа любой частоте.
От частоты зависит лишь распределение мощности на выходах ответвителя. Исполь- р ванных линиях передачи с Т-волиамп (рис. 4.7). Это наиболее компактная и широкополосная конструкция направленного ответвителя. Одна из плоскостей симметрии расположена между полосковыми проводниками.
Относительно втой плоскости парциальные четырехполюсники синфазиого н протнвофазного возбужлеиня приобретают вид отрезков регулярной линии передачи с Т-волной, причем ллины этих отрезков 1 совпадают с длиной участка связи, а волновые сопротивления хтя зависят от того, какое граничное условие (Н~=О кяи Ег=о) имеет место в плоскости симметрии ответвителя.
Конфигурации поперечных сечений и структура поперечного электрического поля в парциальных четырехполюсииках лля трех разновидностей связанных линий перепачи показаны на рнс. 4.8. Из сравнения картин силовых линий напряженности электрического поля следует, что погонная емкость линии передачи в режиме синфазного возбуждения (граничное условие Нг=о) должна быть меньше погонной емкости в режиме противофазного возбуждения (граничное условие Е~=О) н, следовательно, волновые сопротивления в,парциальных чсгырехполюсниках удовлетворяют неравенству я,+)зь-.
Полагая, что входные линии передачи ответвителя имеют елнничное нормированное волновое сопротивление, можно на основании формулы (4.6) следующим образом записать нлассическне матрицы передачи парцнальных четырехполюсннков: зуя формулы (4.11) и правила перехода от матрицы передачи к матрице рассеяния, после несложных тождественных преобразований с учетом условнп я,+а,-= ! получаем /М з)п Р( взг = )/1 — М~ соз р1 + / жп р) Рà — Му ззг = ~~ — Мз соз р) -1- / з1п ()1 гда М= (ав+ — ав )/(хе++хе ) — вспомогательный параметр связи.
я (4.13) дг а) И Ф Рис. 4.6. Поперечные сечения связанных полосковых линий и соответствующие сечения парциальных четырехполюсников синфазного и противофазного возбуждеиня: а — несимметричные иолосковые ливии с боковой свивыо. "б — симметричные ааласковые ливии с боковой сввлыо: а — симметричные неласковые линки с лимской свивыо Если длина участка связи равна нечетному числу четвертей длины волны в линии, то коэффициент передачи йв, максимален и равен параметру М.
Если же длина участка связи кратна полуволне, то вм 0 и вся мощность со входа 1 проходит на вход 8. На рис. 4.9 показано изменение модулей зм и зв~ в иаправлевном ответвителе иа связанных линиях передачи в зависимости от заекгриче. ской длины ()1 при М 1/Р л. Направленный отвегвнтель иа связанных линиях имеет две плоскости симметрии и поэтому относится к кнпдрогррмым стветвителям. При проектировании отвствителя с заданными коэффициентами передачи, удовлетворяющими условию (ев,(в+(йв1(в=1, длину участка связи можно выбирать произвольно (чаще всего равной )о/4), затем иа основании формул (4.13) находят параметр М н определяют волновые сопротивления з + н зе . По зтим сопротивлениям рассчитывают необходимые размеры полосковых проводяикон в поперечном сечении ответвителя и требуемый зазор межлу ними. На втой стадии расчета приходится использовать или справочные материалы по волновым сопро- тивлеииям связанных линий передачи, или специальные программы для ЭВМ, составленные применительно к выбранной геометрии поперечного сечения связанных линий.
Наиболее трудной является реализации направленныз ответвнтелей с сильной зп азг связью (й4)0,3), так как в этом случае обычно требуется чрезвычайно малый зазор а между проводниками (см. рис. 4.7) и возникают технологические трудности обеспечения постоянства зазора э в процессе прона.
водства. Для увеличения степени связи отаетвителей при установленной минимально возможной ширине зазора существует ряд способов. Наиболее удобным является использование участков связи на перемежающихся проводниках (рис. 4ЛО). В таких ответвителях. предложенных американским инженером Ланге, каждая связанная линна расчленяется иа рки полосковых параллельных проводников, соединенных между собой рг2 д Л~ бр Уд 22б Я,глад Рлс. 4.9. Частотные ха рактеристики направлен ного ответвителя па свя раиных ливнях передачи перемычками (воздушными «мостиками»), Выгодной особенностью ответантелей Ланге является возможность «перекрещивания» связанных линий, что иногда необходимо для удобного расположения выходов ответвителя.
При создании направленных ответвителей па связанных несимметричных мнкрополосковых линиях возпнкаег еще одна трудность из-за некоторого различия коэффициентов фазы р+ и р- для воли синфазиого и противофаэного Рис. 4.10. Направленные ответвители Ланге иа связанных линиях: е — без «пере«»михее«па» ехехемх епепй; б — с «лерехрещпееееем мюхемх ахеей возбуждения.
Выравнивание фазовых скоростей этих воли может быть постигнуто нанесением дополнительного диэлектрического слоя иа связанные проводники или лобэвлением компенсирующих реактивных элементов по концам участка связи. й 46. КОЛЬЦЕВЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ В полосковых, коаксиальных и волноводных трактах широко применяются кольцевые схемы ответвнтелей с направленностью обоих типов.
Шлейный, отвегвигель (рис. 4.11,а) состоит из четырех отрезков линий передачи длиной Х,/4, образующих квадрат, и реализует направленность типа 1. Входные линни с единичным волновым сопротивлением подключаются параллельно в углах квадрата. а) б1 Рве. 4Д Е Кольцевые направленные ответвнтелн: а — ылавфвыа («ввадра»выа» и б — »вбрвдваа кольца Гибридное кольцо (рис. 4.11, б) отличается от шлейфного ответвителя тем, что длина отрезка линии передачи между входами 3 и 4 увеличена до Зл /4, т. е. добавлен полуволновый трансформагор.
Гибридное кольцо реализует направленность типа П н являл ется ответвителем синфазно-противофазного типа. Название кольца укоренилось в связи с частым применением такого ответвителя в схемах балансных смесителей сантиметрового диапазона Волн. Варьируемыми параметрами, позволяющими регулировать деление мощности на выходах кольцевых ответвителей, являются волновые сопротивления отрезков кольца вм и г а.
При симметричном построении анализ шлейфного ответвителя н гибридного кольца можно проводить методом синфазного и противофазного возбуждения относительно горизонтальной плоскости. В итоге получаются ледующие расчетные соотношения для элементов идеальных матриц рассеяния на центральной частоте: 2 2 1/н а — 1/в,а=1; зп=О, ам=ам=О; За! = /Звв» Заа = явл/«'в1 тля шлейфного ответвителя (направленность типа 1); 2 2 1/к а+ 1/ям=!' зн — — О.
ам=ам — — О; ЗН У/авб ан Л/~вл' Зал Зя' З42 ЗМ ~ля гибридного кольца (направленность типа П). Однако возможен и другой, не учитывающий свойство симметрии, способ декомпозиции кольцевых ответвителей. При этом способе кольцо мысленно разрывается в удобном месте и схема преобразуется к каскадному соединению нескольких элементарных четырехполюсников. Лрнмер. Декомпозиция шлейфиого ответзнтеля (рис. 4.11, а). Прв подключении генератора ко входу ! вследствие предполагаемого свойства развязки (да~=о) можно мысленно осуществить в сечении входа 2 ответвителя короткое замыкание. Тогда схема ответвителя преобразуегсн к виду, показанному на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
