Направленный ответвитель
Направленный ответвитель - устройство для ответвления части электромагнитной энергии из основного канала передачи во вспомогательный. Направленный ответвитель (НО) представляет собой два (иногда более) отрезка линий передачи, связанных между собой определённым образом, основная линия называется первичной, вспомогательная - вторичной. Для нормальной работы НО один из концов вторичной линии (нерабочее плечо) должен быть заглушен согласованной нагрузкой, со второго (рабочего плеча) снимается ответвлённый сигнал, в зависимости от того, какую волну в первичной линии надо ответвить - падающую или отражённую, выбирается, какое плечо вторичной линии будет рабочим. Математически свойства направленных ответвителей описываются с помощью S-матриц (матриц рассеяния).
Радиочастотные направленые ответвители являются обратимыми, то есть при подаче мощности на связанную линию, устройство работает как направленный инжектор (сумматор) мощности в основную линию.
Схема двунаправленного ответвителя с детекторами для измерения мощности падающей и отражённой волны в антенном фидере
Направленные ответвители широко применяются в разных отраслях радиоэлектроники, как в качестве самостоятельных устройств в кабельных и волноводных линиях, так и в качестве элементов радиоэлектронной аппаратуры. Как самостоятельные устройства НО используются для разветвления сигнала с линии (например, телевизионные разветвители) и для контроля параметров сигнала в линии и её согласования. Как элементы аппаратуры НО используются в основном в радиоизмерительных приборах - СВЧ ваттметрах , приборах для измерения КСВ , коэффициента передачи , установках для поверки аттенюаторов и измерения ослаблений , а также в других случаях.
Шлейфные НО реализуются, обычно, в виде интегральных микросхем , они состоят из двух отрезков полосковых линий передачи, соединенных между собой с помощью двух и более шлейфов, длины и расстояния, между которыми равны четверти длины волны, определенной в полосковой линии передачи. С увеличением числа шлейфов направленность и диапазонные характеристики шлейфового, НО улучшается. Однако при числе шлейфов более трех их волновые сопротивления становятся настолько большими, что практически не могут быть реализованы в печатном исполнении. В связи с этим в ИС СВЧ наибольшее распространение получили двух - и трехшлейфные НО.
На метровых и более длинных волнах НО из отрезков линий передачи обычно не применяются из-за своей громоздкости, вместо них используются ответвители на сосредоточенных реактивных элементах. В этих ответвителях отрезки линий заменены четырёхполюсниками из реактивных сосредоточенных сопротивлений. В зависимости от схемы соединения элементов между собой такие ответвители могут быть эквивалентны шлейфным НО или НО на связанных линиях.
На миллиметровых и более коротких волнах НО из отрезков металлических волноводов применять не эффективно из-за узкой полосы пропускания, вместо них удобно использовать НО образованные двумя отрезками диэлектрических волноводов (ДВ), плавно сведенных на некоторое расстояние. Использование гибких диэлектриков позволяет делать такие НО с регулируемым коэфиициентом деления мощности в плечи (2)и (4) и фазовым сдвигом. А также эти НО отличаются, от НО на МВ очень высокой степенью развязки между входом (1) и выходом (3).
(1)---\ /---(2) \____/ /----\ (3)---/ \---(4)Wikimedia Foundation . 2010 .
направленный ответвитель - kryptinis šakotuvas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. directional coupler vok. gerichteter Koppler, m; Richtkoppler, m; Richtungskoppler, m rus. направленный ответвитель, m pranc. coupleur directif, m; coupleur directionnel, m … Fizikos terminų žodynas
Направленный ответвитель - устройство из двух отрезков Радиоволноводов, в котором часть энергии электромагнитной волны, распространяющейся в основном радиоволноводе, посредством элементов связи ответвляется во вспомогательный радиоволновод и передаётся в нём в… …
НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ - устройство из двух отрезков линии передачи электромагн. волн, в к ром часть энергии электромагн. волны, распространяющейся в первом отрезке, посредством элементов связи ответвляется во второй и передаётся в нём в определ. направлении. При… … Большой энциклопедический политехнический словарь
многоэлементный направленный ответвитель - — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN multielement directional coupler … Справочник технического переводчика
Полосковая линия - в технике сверхвысоких частот, плоскостная линия, канализирующая электромагнитные волны в воздушной или иной диэлектрической среде вдоль двух пли нескольких проводников, имеющих форму тонких полосок и пластин. Наряду с двухпроводными и… … Большая советская энциклопедия
Оптический рефлектометр - Fluke Networks в работе Оптический рефлектометр (англ. OTDR, Optical Time Domain Reflectometer) прибор для измерения параметров волоконно оптических линий … Википедия
ГОСТ Р 50788-95: Установки непосредственного приема программ спутникового телевизионного вещания. Классификация. Основные параметры. Технические требования. Методы измерений - Терминология ГОСТ Р 50788 95: Установки непосредственного приема программ спутникового телевизионного вещания. Классификация. Основные параметры. Технические требования. Методы измерений оригинал документа: 3.1.4 Антенна устройство для приема… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ПРЕДИСЛОВИЕВо время моих экспериментов на УКВ и нижних СВЧ диапазонах, я столкнулся с проблемой точного измерения КСВ. Коммерческие КСВ-метры редко доступны для этих диапазонов и либо недостаточно точны, либо слишком дороги. И решил я сделать мой собственный КСВ-метр. Но какой тип? Из моих предыдущих экспериментов с направленными ответвителями, я пришел к выводу, что планарные направленники не слишком подходят для этого применения.
Они имеют много недостатков и их конструкция довольно сложна. Таким образом, попивая старопраменское, решил я, други мои, поискать в других местах. Идея КСВ-метра, который я собираюсь описать в этой статье, стянута у Пола G7EYT. Смотрите ссылку [Л.1].
ОБЩАЯ КОНЦЕПЦИЯ
Принципиальная схема КСВ-метра показана на Рис. 1. Можно видеть, что КСВ-метр состоит из трех основных частей: направленный ответвитель, два детектора и блок отображения.
Направленный ответвитель используется для оделения части мощности от падающей и отраженной волны.
Детекторы преобразуют эту высокочастотную энергию в постоянный ток, который отображается в блоке отображения. Все эти части описаны далее. Последующие разделы демонстрируют мою конструкцию КСВ-метра.
Направленный ответвитель сделан из двух отрезков полужесткого коаксиального кабеля с наружный диаметром 3.5 мм. Оба кабеля имеют продольные проточки, пропиленные в
экранирующем проводнике, так что внутренние проводники открыты.
Эти зазоры имеют 60 мм в длину и 1 мм в ширину (Paul использует проточку 30x2mm [Л.1]. Но его направленный ответвитель используется для ISM диапазона, так что, он половинной длины.) Обе линии сжаты и спаяны вместе таким образом, что зазоры перекрываются.
Это обеспечивает связь между двумя линиями, сохраняя при этом характеристический импеданс линий практически без изменений.
Также, коаксиальная концепция обеспечивает низкое излучение, хорошую передачу между разъёмами и собственно направленным ответвителем и, таким образом, обеспечит низкие вносимые потери и низкий входной и выходной коэффициенты отражения.
Детекторы также следуют концепции Павла [Л.1].
Единственное отличие состоит в типе используемых детекторных диодов. Можно сказать, что могут быть использованы практически любые СВЧ диоды Шоттки с низким напряжением барьера. Я использовал какой-то неизвестный тип из какого то связного прибора. Вы можете использовать корпус с двумя диодами (как у меня), два диода в разных корпусах или даже один диод, но у него чувствительность будет похуже.
Можно прикинуть по-грубому, что чувствительность однодиодного выпрямителя будет на 6дБ хуже (половина напряжения), чем в случае двухдиодного выпрямителя, что довольно ощутимо.
Кроме прочего, оба детектора должны использовать один и тот же тип детекторных диодов (полностью идентичные), чтобы обеспечить достоверность измерения.
Блок отображения :
В моей конструкции я использовал широкораспространённую концепцию двух стрелочных измерителей с потенциометром для подстройки чувствительности.
Измеритель, подключенный к детектору #1, показывает проходящую мощность, а измеритель, подключенный к детектору #2, показывает мощность отраженного сигнала. Если мы устанавливаем потенциометр так, чтобы измеритель проходящей мощности отклонился на полную шкалу, то второй измеритель (отраженная мощность) покажет нам непосредственно значение КСВ (второй прибор должен быть откалиброван для КСВ).
Прежде всего, вы должны подготовить обе части полужесткого кабеля. Отрезать куски кабеля на соответствующую длину (60 мм для участка связи + необходимую участок под разъёмы) и подготовить все четыре конца для пайки разъёмов.
Не паять разъёмы прямо сейчас, они будут охлаждать куски кабеля во время спайки кабелей в месте проточки.
Выровнять оба куска кабеля, отмерить 60 мм в середине для промежутков и подогнуть все концы. Довольно рискованно подгибать кабели после проточки - вы можете их легко
деформировать.
Затем спаяйте линии в середине (если вы используете алюминиевые коаксиалы, то применить паяльный флюс для алюминия), потом зажать все в тиски и проточить зазоры в середине. (чотта не догнал, как он себе представляет спаяные кабели точить).
Размеры проточек должны быть приблизительно 60x1mm, но по опыту моих измерений, это не строгое требование. Длина проточки должна быть от 50 до 70 мм, если вы хотите использовать диапазон от 144 до 1296MHz.
Ширина зазоров также не сильно критична. Если сделаете более широкие проточки, то внутренние проводники будут находиться на меньшем расстоянии друг от друга и получите более сильный коэффициент связи. Тогда КСВ-метр будет иметь бОльшую чувствительность и будет работать с более слабыми сигналами.
Небольшая окантовка по краям зазоров не влияет на конечные параметры.
После того, как обе щели проточены, можете спаять линии вместе. Позаботьтесь о хорошем перекрытии на участке проточки! Когда все собрано, припаять разъёмы.
Моя конструкция направленного ответвителя показана на рисунке 2.
C1, C3, C5, C7: 100pF;
С2, С4, С6, С8: 560pF;
R 1, R 2, R 3, R 4: 100;
R 5, R 6, R 7, R 8: 10k;
переменник R9, R10: 22k / линейный / стерео.
Как я уже говорил ранее, я использовал какие попало неизвестные диоды Шоттки. Я так полагаю, что диоды типа BAT-15 будут работать точно также. Детектор показан на Рис 3.
ИЗМЕРЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ
26,5 дБ на 144 Мгц;
24,6 дБ на 432 Мгц;
19,4 дБ на 1296 МГц.
20,5 дБ на 144 Мгц;
-18,6 дБ на 432 МГц;
-13,4 дБ на 1296 Мгц
Это означает следующие (минимальные) показатели КСВ:
1,21 на 144 Мгц;
1,27 на 432 Мгц;
1,54 на 1296 Мгц.
До таких величин КСВ прибор будет показывать более-менее достоверно, но для меньших значений КСВ ошибка становится неприемлемой. (когда сильно хорошо, то привирает.)
На частотах выше 1,5 ГГц направленность становится слишком низкой, поэтому этот КСВ-метр не должен использоваться для частот выше 1.5ГГц. Если хотите использовать КСВ-метр на более высоких частотах, необходимо сделать направленный ответвитель с участком связи покороче (ну и, само собой, пересчитать детектор).
Положим, сопротивление стрелочного прибора находиться в диапазоне от 400 до 1000 Ом (вся шкала при 100uA), тогда напряжение порядка 60 мВ отклонит стрелку на всю шкалу.
На основании Таблицы 1, такое напряжение получим от сигнала мощностью -10dBm. Если далее принять во внимание Рис.6, то можем сделать вывод, что КСВ-метр
должен быть способен полноценно работать с проходной можностью начиная с величин:
35 дБм (~ 3 Вт) на 144 Мгц;
25 дБм(~ 0,3 Вт) на 432 Мгц;
22 дБм (~ 0,15 Вт) на 1296 МГц.
На деле, нижний порог повыше будет, например на 432 MГц начинает показывать с 1 Ватта (вместо 0.3 расчётных).
Что касается верхнего предела измеряемой мощности, то это определяется обратным напряжением диода, используемого в детекторах. Предположим, это значение будет 4V (пример для BAT-15), и если принять в рассмотрение таблицу 1, можно сделать вывод, что детектор может выдержать можность на входе примерно до 22dBm. Пересчитав эти 22dBm ко входу направленного ответвителя, получим (проходную):
66dBm (~ 4kW) на 144MHz,
57dBm (~500W) на 432 МГц и
54dBm (~ 250W) на 1296MHz.
Но сомнительно, что остальная часть КСВ-метра будет способна выдержать такую мощность (4кВт).
Обратите внимание, что все представленные расчеты являются только грубой оценкой. Дальнейшие измерения показывают, что вносимые потери КСВ-метра значительно ниже
0,2dB для частот до 1,8GHz и коэффициент отражения (направленника) лучше, чем -25 дБ для частот до 2 ГГц. Остальные результаты измерений можно найти по ссылке [Л.2].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной статье описана конструкция простого КСВ-метра, который подходит для использования в основном УКВ и СВЧ частотах. По приведенным промерам видно, что этого
КСВ-метра вполне достаточно для любительских целей. Желаю удачи всем, кто решил этот КСВ-метр повторить.
73, Хонза OK1TIC
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
Www.frars.org.uk/cgi-bin/render.pl?pageid=1085
www.radioamater.cz или http://ok1tic.nagano.cz
Материал из Википедии - свободной энциклопедии
Направленный ответвитель - устройство для ответвления части электромагнитной энергии из основного канала передачи во вспомогательный. Направленный ответвитель (НО) представляет собой два (иногда более) отрезка линий передачи, связанных между собой определённым образом, основная линия называется первичной, вспомогательная - вторичной. Для нормальной работы НО один из концов вторичной линии (нерабочее плечо) должен быть заглушён согласованной нагрузкой, со второго (рабочего плеча) снимается ответвлённый сигнал, в зависимости от того, какую волну в первичной линии надо ответвить - падающую или отражённую, выбирается, какое плечо вторичной линии будет рабочим. Математически свойства направленных ответвителей описываются с помощью S-матриц (матриц рассеяния).
Радиочастотные направленные ответвители являются обратимыми, то есть при подаче мощности на связанную линию устройство работает как направленный инжектор (сумматор) мощности в основную линию.
Направленные ответвители широко применяются в разных отраслях радиоэлектроники , как в качестве самостоятельных устройств в кабельных и волноводных линиях, так и в качестве элементов радиоэлектронной аппаратуры. Как самостоятельные устройства НО используются для разветвления сигнала с линии (например, телевизионные разветвители) и для контроля параметров сигнала в линии и её согласования. Как элементы аппаратуры НО используются в основном в радиоизмерительных приборах - СВЧ ваттметрах , приборах для измерения КСВ , коэффициента передачи , установках для поверки аттенюаторов и измерения ослаблений , а также в других случаях.
Шлейфные НО реализуются, обычно, в виде интегральных микросхем , они состоят из двух отрезков полосковых линий передачи, соединённых между собой с помощью двух и более шлейфов, длины и расстояния, между которыми равны четверти длины волны, определённой в полосковой линии передачи. С увеличением числа шлейфов направленность и диапазонные характеристики шлейфового НО улучшаются. Однако при числе шлейфов более трёх их волновые сопротивления становятся настолько большими, что практически не могут быть реализованы в печатном исполнении. В связи с этим в ИС СВЧ наибольшее распространение получили двух- и трёхшлейфные НО.
На метровых и более длинных волнах НО из отрезков линий передачи обычно не применяются из-за своей громоздкости, вместо них используются ответвители на сосредоточенных реактивных элементах. В этих ответвителях отрезки линий заменены четырёхполюсниками из реактивных сосредоточенных сопротивлений. В зависимости от схемы соединения элементов между собой такие ответвители могут быть эквивалентны шлейфным НО или НО на связанных линиях.
На миллиметровых и более коротких волнах НО из отрезков металлических волноводов применять не эффективно из-за узкой полосы пропускания, вместо них удобно использовать НО образованные двумя отрезками диэлектрических волноводов (ДВ), плавно сведённых на некоторое расстояние. Использование гибких диэлектриков позволяет делать такие НО с регулируемым коэффициентом деления мощности в плечи (2)и (4) и фазовым сдвигом. А также эти НО отличаются от НО на МВ очень высокой степенью развязки между входом (1) и выходом (3).
(1)---\ /---(2) \____/ /----\ (3)---/ \---(4)
Два дня после этого, Ростов не видал Долохова у своих и не заставал его дома; на третий день он получил от него записку. «Так как я в доме у вас бывать более не намерен по известным тебе причинам и еду в армию, то нынче вечером я даю моим приятелям прощальную пирушку – приезжай в английскую гостинницу». Ростов в 10 м часу, из театра, где он был вместе с своими и Денисовым, приехал в назначенный день в английскую гостинницу. Его тотчас же провели в лучшее помещение гостинницы, занятое на эту ночь Долоховым. Человек двадцать толпилось около стола, перед которым между двумя свечами сидел Долохов. На столе лежало золото и ассигнации, и Долохов метал банк. После предложения и отказа Сони, Николай еще не видался с ним и испытывал замешательство при мысли о том, как они свидятся.
Светлый холодный взгляд Долохова встретил Ростова еще у двери, как будто он давно ждал его.
– Давно не видались, – сказал он, – спасибо, что приехал. Вот только домечу, и явится Илюшка с хором.
– Я к тебе заезжал, – сказал Ростов, краснея.
Долохов не отвечал ему. – Можешь поставить, – сказал он.
Ростов вспомнил в эту минуту странный разговор, который он имел раз с Долоховым. – «Играть на счастие могут только дураки», сказал тогда Долохов.
– Или ты боишься со мной играть? – сказал теперь Долохов, как будто угадав мысль Ростова, и улыбнулся. Из за улыбки его Ростов увидал в нем то настроение духа, которое было у него во время обеда в клубе и вообще в те времена, когда, как бы соскучившись ежедневной жизнью, Долохов чувствовал необходимость каким нибудь странным, большей частью жестоким, поступком выходить из нее.
Ростову стало неловко; он искал и не находил в уме своем шутки, которая ответила бы на слова Долохова. Но прежде, чем он успел это сделать, Долохов, глядя прямо в лицо Ростову, медленно и с расстановкой, так, что все могли слышать, сказал ему:
– А помнишь, мы говорили с тобой про игру… дурак, кто на счастье хочет играть; играть надо наверное, а я хочу попробовать.
«Попробовать на счастие, или наверное?» подумал Ростов.
– Да и лучше не играй, – прибавил он, и треснув разорванной колодой, прибавил: – Банк, господа!
Придвинув вперед деньги, Долохов приготовился метать. Ростов сел подле него и сначала не играл. Долохов взглядывал на него.
– Что ж не играешь? – сказал Долохов. И странно, Николай почувствовал необходимость взять карту, поставить на нее незначительный куш и начать игру.
– Со мной денег нет, – сказал Ростов.
– Поверю!
Ростов поставил 5 рублей на карту и проиграл, поставил еще и опять проиграл. Долохов убил, т. е. выиграл десять карт сряду у Ростова.
– Господа, – сказал он, прометав несколько времени, – прошу класть деньги на карты, а то я могу спутаться в счетах.
Один из игроков сказал, что, он надеется, ему можно поверить.
– Поверить можно, но боюсь спутаться; прошу класть деньги на карты, – отвечал Долохов. – Ты не стесняйся, мы с тобой сочтемся, – прибавил он Ростову.
Игра продолжалась: лакей, не переставая, разносил шампанское.
Все карты Ростова бились, и на него было написано до 800 т рублей. Он надписал было над одной картой 800 т рублей, но в то время, как ему подавали шампанское, он раздумал и написал опять обыкновенный куш, двадцать рублей.
– Оставь, – сказал Долохов, хотя он, казалось, и не смотрел на Ростова, – скорее отыграешься. Другим даю, а тебе бью. Или ты меня боишься? – повторил он.
Ростов повиновался, оставил написанные 800 и поставил семерку червей с оторванным уголком, которую он поднял с земли. Он хорошо ее после помнил. Он поставил семерку червей, надписав над ней отломанным мелком 800, круглыми, прямыми цифрами; выпил поданный стакан согревшегося шампанского, улыбнулся на слова Долохова, и с замиранием сердца ожидая семерки, стал смотреть на руки Долохова, державшего колоду. Выигрыш или проигрыш этой семерки червей означал многое для Ростова. В Воскресенье на прошлой неделе граф Илья Андреич дал своему сыну 2 000 рублей, и он, никогда не любивший говорить о денежных затруднениях, сказал ему, что деньги эти были последние до мая, и что потому он просил сына быть на этот раз поэкономнее. Николай сказал, что ему и это слишком много, и что он дает честное слово не брать больше денег до весны. Теперь из этих денег оставалось 1 200 рублей. Стало быть, семерка червей означала не только проигрыш 1 600 рублей, но и необходимость изменения данному слову. Он с замиранием сердца смотрел на руки Долохова и думал: «Ну, скорей, дай мне эту карту, и я беру фуражку, уезжаю домой ужинать с Денисовым, Наташей и Соней, и уж верно никогда в руках моих не будет карты». В эту минуту домашняя жизнь его, шуточки с Петей, разговоры с Соней, дуэты с Наташей, пикет с отцом и даже спокойная постель в Поварском доме, с такою силою, ясностью и прелестью представились ему, как будто всё это было давно прошедшее, потерянное и неоцененное счастье. Он не мог допустить, чтобы глупая случайность, заставив семерку лечь прежде на право, чем на лево, могла бы лишить его всего этого вновь понятого, вновь освещенного счастья и повергнуть его в пучину еще неиспытанного и неопределенного несчастия. Это не могло быть, но он всё таки ожидал с замиранием движения рук Долохова. Ширококостые, красноватые руки эти с волосами, видневшимися из под рубашки, положили колоду карт, и взялись за подаваемый стакан и трубку.
– Так ты не боишься со мной играть? – повторил Долохов, и, как будто для того, чтобы рассказать веселую историю, он положил карты, опрокинулся на спинку стула и медлительно с улыбкой стал рассказывать:
– Да, господа, мне говорили, что в Москве распущен слух, будто я шулер, поэтому советую вам быть со мной осторожнее.
– Ну, мечи же! – сказал Ростов.
– Ох, московские тетушки! – сказал Долохов и с улыбкой взялся за карты.
– Ааах! – чуть не крикнул Ростов, поднимая обе руки к волосам. Семерка, которая была нужна ему, уже лежала вверху, первой картой в колоде. Он проиграл больше того, что мог заплатить.
– Однако ты не зарывайся, – сказал Долохов, мельком взглянув на Ростова, и продолжая метать.
Через полтора часа времени большинство игроков уже шутя смотрели на свою собственную игру.
Вся игра сосредоточилась на одном Ростове. Вместо тысячи шестисот рублей за ним была записана длинная колонна цифр, которую он считал до десятой тысячи, но которая теперь, как он смутно предполагал, возвысилась уже до пятнадцати тысяч. В сущности запись уже превышала двадцать тысяч рублей. Долохов уже не слушал и не рассказывал историй; он следил за каждым движением рук Ростова и бегло оглядывал изредка свою запись за ним. Он решил продолжать игру до тех пор, пока запись эта не возрастет до сорока трех тысяч. Число это было им выбрано потому, что сорок три составляло сумму сложенных его годов с годами Сони. Ростов, опершись головою на обе руки, сидел перед исписанным, залитым вином, заваленным картами столом. Одно мучительное впечатление не оставляло его: эти ширококостые, красноватые руки с волосами, видневшимися из под рубашки, эти руки, которые он любил и ненавидел, держали его в своей власти.
«Шестьсот рублей, туз, угол, девятка… отыграться невозможно!… И как бы весело было дома… Валет на пе… это не может быть!… И зачем же он это делает со мной?…» думал и вспоминал Ростов. Иногда он ставил большую карту; но Долохов отказывался бить её, и сам назначал куш. Николай покорялся ему, и то молился Богу, как он молился на поле сражения на Амштетенском мосту; то загадывал, что та карта, которая первая попадется ему в руку из кучи изогнутых карт под столом, та спасет его; то рассчитывал, сколько было шнурков на его куртке и с столькими же очками карту пытался ставить на весь проигрыш, то за помощью оглядывался на других играющих, то вглядывался в холодное теперь лицо Долохова, и старался проникнуть, что в нем делалось.
Направленный ответвитель - устройство для ответвления части электромагнитной энергии из основного канала передачи во вспомогательный. Направленный ответвитель (НО) представляет собой два (иногда более) отрезка линий передачи, связанных между собой определённым образом, основная линия называется первичной, вспомогательная - вторичной. Для нормальной работы НО один из концов вторичной линии (нерабочее плечо) должен быть заглушён согласованной нагрузкой, со второго (рабочего плеча) снимается ответвлённый сигнал, в зависимости от того, какую волну в первичной линии надо ответвить - падающую или отражённую, выбирается, какое плечо вторичной линии будет рабочим. Математически свойства направленных ответвителей описываются с помощью S-матриц (матриц рассеяния).
Радиочастотные направленные ответвители являются обратимыми, то есть при подаче мощности на связанную линию устройство работает как направленный инжектор (сумматор) мощности в основную линию.
Схема двунаправленного ответвителя с детекторами для измерения мощности падающей и отражённой волны в антенном фидере
Направленные ответвители широко применяются в разных отраслях радиоэлектроники , как в качестве самостоятельных устройств в кабельных и волноводных линиях, так и в качестве элементов радиоэлектронной аппаратуры. Как самостоятельные устройства НО используются для разветвления сигнала с линии (например, телевизионные разветвители) и для контроля параметров сигнала в линии и её согласования. Как элементы аппаратуры НО используются в основном в радиоизмерительных приборах - СВЧ ваттметрах , приборах для измерения КСВ , коэффициента передачи , установках для поверки аттенюаторов и измерения ослаблений , а также в других случаях.
Шлейфные НО реализуются, обычно, в виде интегральных микросхем , они состоят из двух отрезков полосковых линий передачи, соединённых между собой с помощью двух и более шлейфов, длины и расстояния, между которыми равны четверти длины волны, определённой в полосковой линии передачи. С увеличением числа шлейфов направленность и диапазонные характеристики шлейфового НО улучшаются. Однако при числе шлейфов более трёх их волновые сопротивления становятся настолько большими, что практически не могут быть реализованы в печатном исполнении. В связи с этим в ИС СВЧ наибольшее распространение получили двух- и трёхшлейфные НО.
На метровых и более длинных волнах НО из отрезков линий передачи обычно не применяются из-за своей громоздкости, вместо них используются ответвители на сосредоточенных реактивных элементах. В этих ответвителях отрезки линий заменены четырёхполюсниками из реактивных сосредоточенных сопротивлений. В зависимости от схемы соединения элементов между собой такие ответвители могут быть эквивалентны шлейфным НО или НО на связанных линиях.
На миллиметровых и более коротких волнах НО из отрезков металлических волноводов применять не эффективно из-за узкой полосы пропускания, вместо них удобно использовать НО образованные двумя отрезками диэлектрических волноводов (ДВ), плавно сведённых на некоторое расстояние. Использование гибких диэлектриков позволяет делать такие НО с регулируемым коэффициентом деления мощности в плечи (2)и (4) и фазовым сдвигом. А также эти НО отличаются от НО на МВ очень высокой степенью развязки между входом (1) и выходом (3).
(1)---\ /---(2) \____/ /----\ (3)---/ \---(4)
Это восьмиполюсник, предназначенный для ответвления части мощности СВЧ во вторичную линию. Направленный ответвитель:
20 дБ – переходное ослабление;
40 дБ – направленность.
Направленный ответвитель – устройство направленной взаимосвязи двух линий: бегущая волна в первичной линии от 1 к 2 вызывает во вторичной линии бегущую волну в том же самом направлении 3-4 – сонаправленный ответвитель, или в противоположном направлении, т.е. 4-3 – противонаправленный ответвитель.
Основные параметры:
1. Рабочее затухание – отношение мощностей на входе и выходе первичной линии.
2. Переходное ослабление – отношение мощностей на входе первичной линии и связанным с ней входом вторичной линии.
3. Развязка – отношение мощностей на входе первичной линии и на развязанном выходе вторичной линии.
4. Направленность – отношение мощностей на выходе рабочего и нерабочего плеча вторичной линии.
5. Фазовые соотношения направленного ответвителя характеризуют относительную разность фаз напряжений выходного плеча. Различают синфазные, когда Dj = 0; квадратурные, Dj = 90; противофазные, Dj = 180.
Направленные ответвители классифицируют:
1) По виду связи первичной и вторичной линии передачи:
1) с сосредоточенной связью;
2) с распределенной связью;
3) со щлейфной связью.
2. По степени связи: с сильной и слабой связью.
3. По типу используемых линий.
Режим работы определяется коэффициентом передачи К по полю из первичной линии во вторичную.
Идеальная матрица рассеения:
Если коэффициент связи первичной и вторичной линии мал » 1 , тогда во вторичной линии появляются сильно ослабленные волны, а направленный ответвитель может использоваться для индикации режима первичной линии, например, для измерения комплексного коэффициента отражения первичной линии. Если 0 << К < 1, тогда он используется как элемент сложного тракта разветвленных СВЧ устройств, т.е. в направленном ответвителе осуществляется деление мощности.
1. Волноводные направленные ответвители.
Различают волноводные направленные ответвители по числу элементов связи: 1) одноэлементные; 2) двухэлементные; 3) многоэлементные.
1. Одноэлементные волноводные направленные ответвители.
Элемент связи – отверстие в широкой стенке волновода.
Электрическое поле основного волновода определяет возникновение во вспомогательном волноводе двух равных по амплитуде синфазных волн , , направленных в разные стороны. Магнитное поле определяет возникновение двух равных по амплитуде противофазных волн , .
Тогда в одном направлении: + = Е 4 . В другом направлении: - = Е 3 . Таким образом, ответвление мощности происходит направленно в сторону четвертого плеча. При этом данное условие выполняется для определенного угла q.
В случае двух взаимноперпендикулярных волноводов в качестве элемента связи используют крестообразное отверстие, расположенное на диагонали общей части широких стенок. Максимальная направленность реализуется при расположении отверстия вблизи стенок.
2. Двухэлементные направленные ответвители.
Используются ненаправленные элементы связи, например, отверстия в узкой стенке волновода.
Во вторичную линию 3,4 ответвляются две волны I , , которые в плече 4 складываются синфазно, т.к. проходят одно и то же расстояние. В плече 3 они складываются в противофазе, т.к. волна проходит расстояние дополнительно 2lв/4 = lв/2 ~ 180°. Следовательно в плечо 3 мощность не ответвляется. Возможна реализация переходного ослабления больше 20 дБ.
Недостаток: узкополосность.
3. Многоэлементные направленные ответвители.
Используется число элементов связи меньше двух. При этом расстояние между ними lв/4 . Переходное ослабление меньше 10 дБ. Направленность – порядка 35 дБ. Используются в широкополосных устройствах.
2. Направленные ответвители на полосковой линии.
Направленный ответвитель на связанных линиях состоит из отрезков линий, связанных электромагнитной связью, причем длина области связи составляет нечетное число lв/4 .
С боковой связью:
С лицевой связью:
|
В линии 1,2 распространяющаяся волна определяет возникновение в линии 3,4 двух волн, которые в плече 3 складываются синфазно, а в плече 4 – противофазно – направленный ответвитель – противонаправленный.
