Орлов А.Г., Севастьянов Н.Н. Бортовой ретрансляционный комплекс (БРК) спутника связи. Принципы работы, построение, параметры (2014) (1152061), страница 15
Текст из файла (страница 15)
их матрица расski . Физически транспонирование можно осуществить изменениемсеяния sik ~направления постоянного намагничивающего поля на противоположное.В аппаратуре РТР широкое применение находит особый класс СВЧ-многополюсников, называемых гибридными соединениями. К ним относятся 3-децибельные мосты, направленные ответвители, делители и сумматоры сигналов.Этот класс многополюсников отвечает условию взаимности и, как правило, обладает одной или несколькими плоскостями симметрии.
При их анализе (в частности, нахождении элементов матрицы рассеяния) широко используется методсинфазного и противофазного возбуждения, позволяющий произвести их декомпозиции на более простые структурные единицы. На рис. 4.7 приведен пример декомпозиции 4-портового восьмиполюсника на 2 более простых четырехполюсника.При 1-й декомпозиции (рис. 4.7, а) исходный восьмиполюсник возбуждаетсясинфазно с портов 1 и 2 падающими волнами a1 1 1a2 . В этом случае в22продольной плоскости симметрии устанавливается пучность касательного электрического и нуль касательного магнитного полей.
В результате плоскостьсимметрии расчленяет многополюсник на два несвязанных парциальных четырехполюсника с матрицей рассеяния s .78абвРис. 4.7. Декомпозиция восьмиполюсника (а) при синфазном (б)и противофазных (в) возбужденияхПри противофазном возбуждении (2-я декомпозиция, рис. 4.7, б) с портов 1 и122 a1 , a2 1в плоскости симметрии устанавливаются нуль напряженно2сти касательного электрического поля и пучность напряженности касательногомагнитного поля и плоскость симметрии расчленяет исходный многополюсникна два несвязанных парциальных четырехполюсника с матрицей рассеяниякаждого s .Суперпозиция двух указанных возбуждений приводит к тому, что порт 1возбуждается падающей волной a 1 a1 a1 1 , порт 2 – a 2 a2 a2 0 .Матрица рассеяния всего многополюсника будет s s s .Наибольшее применение в технике БРК нашли гибридные соединения на базе двух электрически связанных линий передачи (волноводных или полосковых).
Пример такого гибридного волноводного соединения показан на рис. 4.8.Рис. 4.8. Щелевой волноводный мост79Согласно рис. 4.8 это соединение представляет два связанных по узкой стенке волновода щелью длиной l с расстоянием от щели до начала разветвления .Применяя рассмотренный метод синфазного и противофазного возбуждения ипроведя соответствующий анализ волноводов, полученных после декомпозиции, его матрицу рассеяния s можно представить в виде0S= Tгде T e j ( / 2 )cos / 2 j sin / 2¦ T ,¦ 0 j sin((4.3)11)2 , 2 l ( + ) , в – длинаввcos / 2волны в волноводе шириной l (соответствует декомпозиции в противофазномвозбуждении), в – длина волны Н01 для волновода шириной 2а (ширина волновода поперек щели).Из структуры матрицы рассеяния видно, что при длине окна связи l, обеспе+чивающего дифференциальный фазовый сдвиг 2, данное 4-портовое со-единение превращается в щелевой 3-децибельный мост с квадратурным фазовым сдвигом.
При других величинах щели связи (величине дифференциальногофазового сдвига) восьмиполюсник будет представлять направленный ответвитель с произвольным делением мощности между портами 3 и 4. Важно отметить, что при этом порты 1 и 2, 3 и 4 взаимно развязаны (см. рис. 4.8).Пример направленного ответвителя, реализуемого обычно в полосковых имикрополосковых линиях передачи, показан на рис. 4.9.Рис. 4.9. Топология проводников полосковогонаправленного ответвителя на связанных линияхЗдесь электрическая связь зависит от расстояния между линиями и их волновыми сопротивлениями.
Показано [2], что элементы матрицы рассеяния такогомногополюсника можно представить в виде80s21 s31 где M jM sin l1 M 2 cos l j sin l1 M 21 M 2 cos l j sin l(4.4),,Z в Z в.Z в Z вПараметр связи М, зависит от волновых сопротивлений связанных линий+при синфазном ( Zв ) и противофазном ( Zв ) возбуждении.На базе этих восьмиполюсников путем выбора длины (чаще всегоравнойв4+), параметра М определяют волновые сопротивления Zв и Zви рассчитывают топологию проводников.Указанные восьмиполюсники позволяют реализовать целый ряд гибридныхсоединений:– квадратурные мосты, направленные ответвители;– распределители и сумматоры мощностей. Отличительные их особенности – миниатюрность, совместимость с микроэлектронными технологиями,наличие развязанных, согласованных портов.В направленном ответвителе один порт подключается к согласованнойнагрузке, в результате 4-портовый восьмиполюсник превращается в 3-портовыйшестиполюсник с 3 рабочими портами.В аппаратуре РТР часто в качестве делителей или сумматоров мощности используются согласованные 3-портовые шестиполюсники, один из вариантовкоторого показан на рис.
4.10.абРис. 4.10. Шестиполюсный (полосковый) делитель мощностис балансирующим сопротивлением и различными волновыми сопротивлениями (а)и согласующими трансформаторами (б)81Как правило, они выполняются на микрополосковых линиях передачи. Каквидно из рисунка, в схеме этих устройств имеется балансирующая нагрузка R.Проведенные расчеты (в том числе с использованием синфазного и противофазных возбуждений) показали, что в идеальных случаях элементы матрицырассеяния имеют следующий вид:s11 s22 s33 0 ; s 21 jt ; s31 j 1 t 2 ,гдеt Z в3 / Z в1 , 1 t 2 Z в4 / Z в2 , R Zв3 Zв4 Zв1Zв2 ,(4.5)Z i – волновые сопротивления линий.Из приведенных формул видно, что на базе таких структур можно реализовать согласованные и развязанные между портами делители и сумматоры сигналов, 3-децибельные мосты и направленные ответвители.Вообще говоря, количество схемотехнических и конструктивных решенийгибридных соединений огромно, и здесь представлен только один (достаточнораспространенный в аппаратуре БРК) класс на связанных линиях передачи.
Егоотличительные особенности – широкополосность, компактность, технологичность, наличие хорошо разработанных расчетных методик.Важнейшим и распространенным радиокомпонентом при построении РТР являются СВЧ коммутаторы радиосигналов (switches). Они используются для реализации схем резервирования таких активных устройств РТР, как МШУ, приемные устройства, усилители мощности. На их основе построены различные многокомпонентные матрицы резервирования УМ, позволяющие реализовать скользящее резервирование этих устройств. Следует отметить, что надежность коммутаторов иногда предопределяет надежность всего РТР. СВЧ коммутаторы бываюткоаксиального и волноводного типов.
В коаксиальном исполнении возможныреализация коммутаций и соединений подводимых линий передачи, показанныхна рис. 4.11. В волноводном исполнении реализация коммутации S-типа.Вообще говоря, рассматриваемые СВЧ коммутаторы являются электромеханическими приборами, но в их принципе действия отсутствуют механически трущиеся контакты, что определяет их надежность.
Вторая важная ихособенность состоит в том, что переход из одного состояния в другое в нихосуществляется импульсной командой, по истечении которой это другое состояние запоминается и поддерживается без подачи внешнего тока. Известно, что такой принцип используется в ферритовых СВЧ переключателях, нов этих коммутаторах он осуществляется с использованием гистерезисныхявлений в намагниченных ферритах и, к сожалению, имеет тенденцию квременной деградации.Рассматриваемые СВЧ коммутаторы содержат магнитный активатор, состоящий из неподвижной статорной и подвижной роторной частей.
Статорнаячасть активатора, состоящая из многоканальной системы постоянных магнитови возбуждающих обмоток при подаче импульсного напряжения команды, обра82зует вращающиеся магнитные поля и разворачивает роторную часть, содержащую систему постоянных магнитов, на соответствующий угол поворота. В конструкции коммутатора есть важная деталь (reed), имеющая, с одной стороны,магнитную систему с полюсами противоположной полярности с ротором активатора, с другой – систему контактных площадок или зондов.
В обесточенномсостоянии эта деталь из-за взаимодействия постоянных магнитов ротора и reedприжимается к контактам коаксиального входа, обеспечивая необходимуюсвязь с соединяемыми линиями и изолируя нежелательные соединения (например, путем замыкания их на заземленный контакт).Рис. 4.11. Вид электромеханического СВЧ коммутатораВо время действия командного импульса действуют электромагнитные силы,отрывающие подвижные детали от контактов связи, притягивающие ее к ротору ипередвигающие, в соответствии с логикой коммутации, в новое положение, в котором опять осуществляется указанный выше механизм электрического соединения.Из вышесказанного видно, что в рассматриваемом виде коммутатора отсутствует механизм трущихся контактов (имеется только механизм нажатия / отпускания) также имеет место механизм запоминания состояния (обеспечиваемый постоянными магнитами) и коммутация осуществляется импульсными командами.83В настоящее время достигнуты большие успехи в области создания данныхкоммутаторов и их радиочастотных характеристик, таких как входные КСВНпортов, уровни вносимых потерь, изоляция портов, пропускаемые мощности,габариты и надежность.4.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
