ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОСТОВЫХ УСТРОЙСТВ СВЧ НА ОТРЕЗКАХ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ

2.1. Теоретические сведения

Мостовые устройства СВЧ используются для разветвления и суммирования сигналов СВЧ, а также получения квадратурных (сдвинутых друг относительно друга по фазе на 90º) и противофазных (сдвинутых по фазе на 180º) сигналов СВЧ. Эти МУ строятся на отрезках ЛП с длиной, равной нечетному числу четвертей длин волн. Структура ЛП может быть любой – это могут быть волноводы, коаксиальные, МПЛ, двухпроводные и другие ЛП. В дальнейшем, при изображении МУ на рисунках, будем представлять их в виде отрезков эквивалентных ЛП.

Как любой элемент цепи, СВЧ МУ характеризуются присущими им МР, которые определяют свойства МУ. Коэффициенты МР вида определяют связь между портами и (пары контактных зажимов, к которым присоединяются внешние цепи), а коэффициенты вида определяют коэффициенты отражения от соответствующего порта (в данном случае порта ). Для дальнейшего анализа МУ необходимо рассмотреть МР базовых элементов ‒ полуволновых и четвертьволновых отрезков ЛП.

Из теории линий передач известно, что входное сопротивление отрезка линии длиной с волновым сопротивлением на частоте , нагруженной на произвольную нагрузку :

, где ( ‒ длина волны в линии передачи). Электрическая длина отрезка ЛП равна (измеряется в радианах или в градусах). Если (это означает, что длина отрезка равна ), то . Если (это означает, что длина отрезка равна ), то . Отсюда следует, что отрезки, длина которых кратна , не трансформируют сопротивления нагрузки. Отрезки, длина которых равна нечетному числу , трансформируют сопротивление нагрузки так же, как отрезок длиной . Фаза гармонического сигнала на выходе отрезка равна , следовательно, для отрезка длиной , а для отрезка длиной . Если на вход линии подается сигнал , то на выходе линии он будет равен . Тогда сигнал на выходе линии длиной будет равен . Если четное, то , если нечетное, то .

Для отрезка длиной матрица рассеяния будет иметь вид: , для отрезка длиной ‒ .

Для пассивных устройств, представляющих собой структуру из отрезков ЛП, матрицы рассеяния могут быть определены, исходя из свойств симметрии структур, свойства унитарности МР (предполагая, что линии передачи не имеют потерь) и свойства взаимности (обратимости). Перейдем к рассмотрению конкретных устройств.