Следует заметить, что направленные ответвители с сильной связью можно создать также при использовании боковой связн между полосковыми волноводами (рис. 5.3,а). При этом толщина полосковых волноводов должна быть выбрана такой, чтобы зазор между ними при заданной величине связи был технологически выполнимым.

Ответвители шлейфового типа состоят из двух параллельных передающих полосковых волноводов, связанных

Выход

-г

1л Итп

Рис. 5.D. Схема п-шлейфиого иаправлеинсго ответвителя.

рядом параллельных шлейфов (рис. 5.5). Длина шлейфов и расстояние между ними равны одной четверти длины волны (или нечетному числу четвертей волн) в полосковом волноводе на средней частоте. Ответвленная мощность в дополнительный канал распространяется в нем в том же направлении, как и в основном полосковом волноводе. Наименьшее число шлейфов, при котором происходит направленное ответвление мощности, равно двум. В зависимости от числа шлейфов этот тип направленных ответвителей подразделяется на двух-, трех- и, в общем случае, п-шлейфные ответвители. С ростом числа шлейфов их частотные характеристики улучшаются. Фазовый сдвиг напряжений на выходных плечах 2 и 3 ответвителя составляет 90°.

Шлейфные направленные ответвители применяются, как правило, для получения сильной связи при использовании как симметричных, так и несимметричных полосковых волноводов, поскольку обеспечение слабой связи сопряжено с конструктивными и технологическими трудностями выполнения весьма малого поперечного сечения шлейфов.

Направленные ответвители с емкостной связью предназначены для симметричных полосковых волноводов на частотах ниже 4 ГГц (рис. 5.6,а). Нежелательная индуктивная связь выводов отрезков полосковых волново-148

дов ослабляется из-за перпендикулярного расположения полосковых волноводов в местах их связи, где они отделены друг от друга диэлектриком. Расстояние между участками связи равно'четверти длины волны в полос-

Ш

Рис. 5.6. Схемы одиосекциоиного (и) и двухсекционного (б) ответвителей с емкостной связью.

ковом волноводе. С увеличением числа последовательно включенных ответвителей (рис. 5.6,6) направленность возрастает. Связь в таких направленных ответвителях выбирается достаточно сильной, поскольку ограничивающим фактором выбора более слабой связи является пропорциональное уменьшение направленности.

§ 5.3. Анализ направленных ответвителей

Направленные ответвители с электромагнитной связью (ответвители на связанных полосковых волноводах) и ответвители со связью шлейфного типа (шлейфные ответвители) представляют собой полностью симметричные восьмиполюсники, обладающие двойной осью симметрии. Анализ подобного класса восьмиполюсников при волновой трактовке процессов в них удобно проводить методом зеркальных отображений. Согласно этому методу, рассматриваемый ответвитель разбивается на-эквивалентные четырехполюсники, работающие в режимах синфазного и противофазного видов возбуждения.

Эквивалентные четырехполюсники- описываются матрицей передачи для соответствующих видов возбуждения и затем перемножаются, образуя две результирующие матрицы передачи. На основании результирующих матриц передачи составляются матрицы рассеяния восьмиполюсника, по которым и проводятся исследования рабочих параметров направленных ответвителей,

1. Направленные ответвители на связанных полосковых волноводах. Матрица рассеяния согласованного направленного ответвителя при условии, что сигнал поступает в первое плечо (рис. 5.2,а), имеет вид

элементы матрицы рассеяния: 1

2cose-f-(Z e-f 2 )sine ; (5.1)

где 5i2 и 5i3

5 = 2

S = j (Zee - Z ) sin e / 2 cos e + 4 + Z, ) sin e] ,

(5.2)

где в=2л Л - электрическая длина области связи; Z и Zoo - характеристические сопротивления для четного и нечетного типов колебаний соответственно; Z - сопротивление входных и выходных плеч направленного ответвителя.

Равенство нулю диагональных элементов матрицы рассеяния [5] свидетельствует о бесконечной направленности (Si4=0) и идеальном согласовании (5 п=0) всех плеч направленного ответвителя независимо от частоты.

Условие идеального согласования области связи и нлеч ответвителя выражается следующей зависимостью

Z ,Z o = 2. (5.3)

Из выражений (5.1) и (5.2) видно, что выходные напряжения плеч 2 и S находятся в квадратуре: arc (SafSis) =я/2.

Модуль выражения (5.2) на средней частоте при в=п/2 соответствует амплитудному коэффициенту связи

ftcB=(Z e-Z o)/(Zoe-fZoo). (5.4)

Амплитудный коэффициент связи имеет простую связь с величиной переходного ослабления

Из выражений (S.4) и (ё.6) легко ПоЯучйтЬ удобиЫе расчетные соотношения:

Приведенные соотношения (5.6) и (5.7) являются основополагающими при расчете ответвителей по заданным значениям амплитудного коэффициента связи или переходного ослабления и, как видно, не зависят от конфигурации связанных полосковых цолповодов и их геометрических размеров. Вместе с тем при проведении конструктивного расчета необходимо прежде всего выразить значения характеристических сопротивлений четного Zoe и нечетного Zoo типов колебаний через размеры связанных полосковых волноводов. Для этой цели в табл. 5.1 с учетом допущений, отмеченных в примечании, приведены окончательные соотношения, необходимые при расчете ряда конфигураций направленных ответвителей. При этом толщина токонесущих проводников считается бесконечно малой.

Основные рабочие параметры направленных ответвителей иа связанных полосковых волноводах в диапазоне изменения в=2п^Д определяются следующими соотношениями:

переходное ослабление (связь) (дБ),

С, = 10 Ig 10 Ig [ 1 + (1 - kl) ctg в]; (5.8)

рабочее затухание (дБ)

C.= =01gfsbp=101g-f

коэффициент деления мощности (дБ), S ... I-?.

- (l ~ k созЩ, (5.9)

C =101g

Приведенные соотношения позволяют проследить поведение направленного ответвителя в диапазоне частот при условии согласования всех его плеч. При этом величина направленности в диапазоне частот остается равной бесконечности. Если на вход плеча 1 поступает сигнал,

Конфигурация ответвителя

Т;аблица 5.1

Расчетные формулы

94.15ii<.

b 188,3

-:r In

- 188.371* ,

2 l+exp

-4/

S 2

= -arch[exp(nA../2c)l;

188,3/ 1 1 \

94,15

*, b

- - 0.4407;

1= archfe-);

tc 188,3

i./d = f(Z/e-).

определяется из рис.3.6

s z ~

-=y-2,344.10- Z te ;

2ds/t \-Bit

1 - s/t

b 188,3 Cf \

- =0,4413-1- -

Примечания: 1. Для всех конфигураций г/ известно. 2. Для первой конфигурации 6/s>0,35< 6/(2d-s). для второй Ш>0.35, для третьей */2йЭ: 0,35, е„ определяется нз 1.110, для четвертой 6/2d> 0.035.

а со стороны остальных плеч вносится рассогласование, то рабочие параметры ответвителя при известных значениях комплексных коэффициентов отражения Гг, Гз, П будут определяться на основании следующих, удобных для инженерных расчетов соотношений:

переходное ослабление ,

рабочее затухание направленность

1-г./4 + г.(1-/

- *с. (1 -f г,) i-r,A? -(-r,(i-*?J

(l-f Г,)(1-Г,г4)

(i-f rj (Г, + Г,)/1-4

(5.10)

(5.11)

(5.12)

коэффициент стоячей волны со стороны входного плеча /

i-*?B(ra-f rj-r,

(5.13)

Соотношения (5.10) - (5.13) даны в предположении относительно небольшого (Г=0,1 ... 0,2) рассогласования теоретически развязанного плеча с нагрузкой и слабого его влияния на рабочие параметры ответвителя. Последнее допущение связано с тем, что направленность ответвителей обычно составляет 15 ... 35 дБ.

Из соотношений легко показать, что КСВН, например, трехдецибельного направленного ответвителя (fecB=0,5) для произвольных, но одинаковых нагрузок, подключенных к рабочим плечам 2 и 3, равен единице, при этом коэффициент отражения Fibi со стороны входного плеча 1:

Если в согласованном одноступенчатом направленном ответвителе существуют не слишком большие потери (рг<0,1), то развязка Си, направленность С34 и КСВН в этом случае не изменятся. Переходное же ослабление С13 и рабочее затухание Сц оказываются