Направленные ответвители полосковые. Основные характеристики и параметры

Полосковые направленные ответвители представляют собой четырехплечные взаимные устройства (восьмиполюсники), предназначенные для направленного отбора части СВЧ мощности из одного (основного) канала в другой (дополнительный - рис. 5.1). Направленная передача энергия в таких устройствах связана с условием полного согласования всех его плеч. При идеальном согласовании одно ид плеч дополнительного канала развязано и мощность в него не поступает. В двух других плечах называемых рабочими, входная мощность распределяется в соответствии с выбранной величиной связи между каналами. Указанные свойства позволяют использовать такие устройства для построения полосковых делителей мощности, смесителей, модуляторов, дискриминаторов, сумматоров мощности и т. д.

Кроме того, направленные ответвители можно использовать как самостоятельные узлы, необходимые для проведения различного рода измерений в СВЧ диапазоне. Следует, однако, заметить, что в реальных конструкциях направленных ответвителей идеальное согласование не достигается и. следовательно, в теоретически развязанное плечо частично попадает мощность, действующая на его входе.

Рисунок 5.1 Функциональная схема направленного ответвителя

5.1. Основные характеристики и параметры

Для характеристики свойств реальных направленных ответвителей (рис. 5.1) используют следующие параметры.

Рабочее затухание, или выраженное в децибелах отношение мощностей на входе и выходе основного канала:

Переходное ослабление (связь), или отношение мощности P1 на входе основного канала к мощности Р3, существующей на выходе рабочего плеча дополнительного канала (дБ):

Развязка, или отношение мощности P1 на входе основного канала к мощности Р4 существующей на выходе развязанного плеча дополнительного канала (дБ):

Направленность, или отношение мощностей на выходе рабочего и развязанного плеча дополнительного канала (дБ):

Коэффициент деления мощности, или отношение мощностей на выходе рабочих плеч основного и дополнительного каналов (дБ):

КСВН—коэффициент стоячей волны (параметр, характеризующий степень согласования плеч направленного ответвителя с нагрузками). Величина КСВН со стороны любого плеча направленного ответвителя определяется (измеряется) при условии полного согласования всех оставшихся плеч;

Df-рабочая полоса направленного ответвителя, т.е. участок частот, на котором неравномерность связи (отклонение связи от среднего значения) или неравномерность величины направленности DC34 не превышает заданного значения; f0—средняя частота рабочей полосы ответвителя, равная среднеарифметическому значению крайних частот f1 и f2: f0= (f1+f2)/2;

l0- центральная длина волны рабочей полосы ответвителя: l0=2l1l2/(l1+l2), где l1 и l2 наибольшая и наименьшая длина волны в пределах рабочей полосы Df.

Для характеристики свойств направленных ответвителей, работающих в полосе частот, нужно также определить частотные зависимости указанных выше параметров C13, C14, C34, C23. При проектировании и создании направленных ответвителей обеспечение тех или иных параметров в большинстве случаев определяется конкретными условиями их применения. Так, при использовании ответвителей в однотактных смесителях величина переходного ослабления C13 обычно составляет 15 ... 25 дБ и выбирается в зависимости от величины мощности гетеродина, допустимой реакции цепи гетеродина на основной канал и т. д. При использовании ответвителей в рефлектометрах и измерителях проходящей мощности с целью снижения погрешности измерений связь с дополнительным каналом ответвителя выбирается еще более слабой: C13==20 ... 30 дБ.

Как уже отмечалось, величина направленности С34 реальных конструкций имеет конечное значение, которое определяется типом ответвителя, качеством согласования плеч с нагрузками, диапазоном частот и находится в пределах 15 ... 40 дБ. Этот параметр во всех случаях желательно иметь как можно большим. Например, в ответвителях предназначенных для смесителей, снижение величины направленности C34, приводит к снижению развязки (C14=C13+C34) и увеличению проникновения мощности гетеродина во входную цепь смесителя. Последнее обстоятельство, как известно, является крайне нежелательным. При проектировании направленных ответвителей для широкополосных устройств необходимо, чтобы рабочая полоса Df ответвителя была шире полосы устройства, причем неравномерность связи DC13 и неравномерность направленности DC34 в полосе не должны превышать заданных требований, например ±0,3 дБ. Широкополосность же ответвителя, как будет сказано ниже, обеспечивается выбором типа связи, числом элементов связи, конструкцией и зависит от величины переходного ослабления и заданной неравномерности DC13.