Проектирование кольцевого моста
С помощью небольших изменений рассмотренный нами кольцевой квадратурный ответвитель можно превратить в кольцевой мост или 180°-е гибридное сочленение. Такой мост часто выполняется из отрезков прямоугольного волновода с использованием последовательного соединения образующих плечи отрезков с кольцевым волноводом. В эквивалентной схеме волноводного кольцевого моста, (рис. 3.27, а), средняя длина окружности кольца равна 1,5 длины волны в волноводе. Кольцевой мост на основе микрополосковой или симметричной полосковой линии можно также реализовать, используя в основном прямолинейные отрезки, как показано на рис. 3.27, б. В этом случае отрезок линии длиной три четверти длины волны соответствующим образом слегка изгибается.
Рассмотрим принцип действия моста на основе фазовых соотношений, (рис. 3.28). Волна, поступившая на вход плеча 1, проходит в плечи 2 и 4. Очевидно, что сдвиг по фазе между волнами в плечах 2 и 1,
Рис. 3.27. Кольцевой мостравен 90°, а в плечах 4 и 1
равен 270°, поскольку во
 |
втором случае волна проходит по кольцу путь, в три раза больший. Полная волна на входе каждого из плеч 2, 3 и 4 является суперпозицией двух волн разной амплитуды, одна из которых распространяется по кольцу по часовой, а другая – против часовой стрелки от плеча 1. Эти волны арифметически суммируются на входе плеч 2, 4 и вычитаются на входе плеча 3, где сдвиг по фазе между этими волнами равен 180°. Следовательно, плечи 1 и 3 развязаны. Данные особенности моста и наличие фазового сдвига 180° между волнами, проходящими из плеча 1 в плечи 2 и 4, широко используются в балансных смесителях и преобразователях частоты с подавлением тех или иных гармонических составляющих.
Рис. 3.28 Схема кольцевого моста и его применение в балансном смесителе
Для иллюстрации применения кольцевого моста в схеме балансного смесителя обратимся к рис. 3.28. Как видно на рис. 3.28, плечи 1 и 3 возбуждаются одновременно: например, плечо 1 – волной от гетеродина, а плечо 3 – волной принимаемого сигнала. Так как плечи 1 и 3 развязаны, энергия от гетеродина не попадает на сигнальный вход смесителя. Кроме того, ввиду противофазности волн от гетеродина в плечах 2 и 4, к которым подключены смесительные диоды, шумы гетеродина не попадают на вход смесителя.
Использование моста в качестве делителя мощности с равным делением не требует специальных пояснений. Если в волноводной конструкции моста (см. рис. 3.27), образующие плечи отрезки линии подключены последовательно к кольцу, то в микрополосковой или полосковой конструкции предпочитают параллельное соединение. Анализ моста с последовательно подключенными плечами проведем, обратившись к рис. 3.29, где изображена развертка кольца.
 |
Рис. 3.29. Развертка кольцевого моста
Входы плеч 2 и 4 отстоят от входа плеча 1 на расстоянии, равном нечетному числу четвертей длины волны в линии, тогда как расстояние между входами плеч 1 и 3 составляет половину той же длины волны. Поэтому на центральной частоте между плечами 1 и 3 включен полуволновый трансформатор, т. е. нагрузка, которую представляет для кольца плечо 3, без изменений трансформируется в сечение, где подключено плечо 1. Так как плечи соединяются с кольцом последовательно, то полное эквивалентное сопротивление, подключенное к кольцу со стороны плеча 1, равно 2Zв. С помощью инверторов сопротивления, включенных между плечами 1 и 2, а также 1 и 4, обеспечивается согласование в мосте. Для этого, очевидно, необходимо, чтобы волновое сопротивление линии, образующей кольцо, состовляло
.
Например, если волновое сопротивление подводящих линий равно 50 Ом, то волновое сопротивление кольца следует сделать равным 70,7 Ом. На этом элементарном соотношении расчет кольцевого 3-дБ моста завершается. Средняя длина окружности кольца, как отмечалось выше, равна 1,5 длины волны в линии, образующей кольцо.
Рассмотрим модификацию кольцевого моста, в которой соседние отрезки линии, образующие кольцо, имеют разные волновые сопротивления, а противолежащие – одинаковые. Такая конфигурация позволяет получить неравное деление мощности между выходными плечами, в то же время сдвиг по фазе 180° между волнами в этих плечах сохраняется (рис. 3.30).
Мощность Р1, поступающая в плечо 1, делится между плечами 3 и 4. Значение мощности, поступающей в каждое из этих плеч, зависит от выбора волновых сопротивлений отрезков, образующих кольцо. На
Рис. 3.30. Модифицированный частоте связь между мощностями
кольцевой мост Р3 и Р4 на выходе плеч 3 и 4
соответственно и волновыми проводимостями Y1 и Y2отрезков описывается следующими формулами:
Y1/Yв=(P4/P1)1/2; Y2/Yв=(P3/P1)1/2,
где Yв – волновая проводимость питающих линий.
На центральной частоте сдвиг по фазе между волнами в плечах 3 и 4 равен 180°, т. к. электрические расстояния в кольце остались прежними.
Если мощность поступает в плечо 2, то справедливы соотношения
Y1/Yв=(P3/P2)1/2и Y2/Yв=(P4/P2)1/2.
В этом случае волны, поступающие в плечи 3 и 4, синфазны.
Пример 3.7.Рассчитать 50-омный 3-дБ делитель мощности, опираясь на модифицированную схему гибридного сочленения (см. рис. 3.30); обеспечить сдвиг по фазе 180° между волнами на выходе.
Решение
Волновое сопротивление линий в плечах Zв = 50 Ом, т. е. Yв = 1/Zв = 0,02 См. Для получения сдвига по фазе 180° между волнами в выходных плечах следует входную мощность Р1 подать в плечо 1 сочленения. Для 3-дБ делителя
P4/P1=10-3/10 = 0,5,
поэтому Y1 /Yв = 0,707, т. е.
Z1 = 1/ Yв = 1/(0,707-0,02) = 70,7 Ом.
Аналогично
Z2 = 1/ Yв = 1/[0,02(1 - 0,5)1/2] = 70,7 Ом.
Пример 3.8.Рассчитать ответвитель с переходным затуханием 6 дБ, опираясь на гибридное сочленение (см. рис. 3.30); волновое сопротивление линий в плечах 50 Ом. Обеспечить синфазность волн на выходе.
Решение
На этот раз источник следует подключить к плечу 2, что обеспечит синфазность волн на выходе плеч 3 и 4.
Для переходного затухания 6 дБ
P3/P2 =10-6/10 = 0,25,
поэтому Z1 =100 Ом.
Остальная часть мощности, равная (1 - 0,25)Р2, поступит на выход плеча 4, поэтому Z2 = 57,7 Ом.
На этом расчет завершается.
Список литературы
1. Weinberg L. Network Analysis and Synthesis // McGraw Hill. 1962.
2. Besser L. Computer Tweaking Yields 3-dB Interdigitated Coupler // Microwave Systems News. 1979. 9(9).
3. Фуско В. СВЧ цепи. Анализ и автоматизированное проектирование: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1990. 288 с.
4. Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа, 1988. 432 с.
5. Микроэлектронные устройства СВЧ / Г. И. Веселов, Е. Н. Егоров, Ю. Н. Алехин и др.; под ред. Г. И. Веселова. М.: Высш. школа, 1988. 280 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Проектирование микрополосковой линии……………………….3
2. Расчет согласующих цепей на сосредоточенных элементах……8
2.1. Резестивная Г-образная согласующая цепь…………………….8
2.2. Согласующие цепи на реактивных элементах………………..10
2.3. Согласующие шлейфы…………………………………………14
3. СВЧ-цепи отрезках линий передачи……………………………21
3.1. Проектирование ФНЧ на сосредоточенных элементах……...22
3.2. Проектирование ФВЧ на сосредоточенных элементах………30
3.3. Переход от фильтра прототипа нижних частот к
полосовому фильтру……………………………………………………...31
3.4. ФНЧ на элементах с распределенными параметрами……….33
3.5. Проектирование ФВЧ на элементах с
распределенными параметрами…………………………………………42
3.6. Проектирование полосовых фильтров на элементах
с распределенными параметрами ………………………………………45
3.7. Расчет ступенчатых трансформаторов……………………..…57
3.8. Расчет плавных переходов……………………………………..62
3.9. Проектирование шлейфных ответвителей………………...….66
3.10. Проектирование кольцевого моста………………………….69
Список литературы………………………………………………….74
Дата добавления: 2015-02-03; просмотров: 1734;