Направленные ответвители. Направленные и ненаправленные элементы связи, страница 5

Рис.     Кольцевые мосты.

а) – коаксиальный кольцевой мост.

б) – волноводный кольцевой мост.

Матрица рассеяния кольцевого моста имеет вид

Для согласования среднее кольцо имеет волновое сопротивление    в случае коаксиального и полоскового исполнения и    в случае волноводного соединения в Е плоскости.

Направленные ответвители с распределенной электромагнитной связью

К таким ответвителям относятся коаксиальные, двухпроводные и полосковые направленные ответвители.

Наибольший интерес представляют полосковые направленные ответвители.

Возможны два типа ответвителей с распределенной электромагнитной связью показанных на рис.

а)                                                              б)

Рис.   Два вида распределительной электромагнитной связи.

а) – боковая связь.

б) – лицевая связь.

Длина области связи l составляет нечетное число четвертей длины волны в линии на средней частоте рабочего диапазона. Обычно длина области связи выбирается равной   l/4.

Направленные ответвители на микрополосковых линиях являются противонаправленными, то есть желаемое направление ответвления во вспомогательном тракте противоположно направлению волны в основном тракте.

Строгой теории связанных линий с распределенными параметрами пока нет. Поэтому структуру поля аппроксимируют волнами четного и нечетного типов и эти волны имеют разные фазовые скорости. Взаимодействие этих волн и создает направленность.

      При идеальном согласовании матрица рассеяния направленного ответвителя на связанных линиях имеет вид

Здесь

;

, где    - коэффициент связи линий.

 - электрическая длина области связи.

Z_oe, Z_oo – нормированные волновые сопротивления при четном и нечетном  возбуждении линий.

 - переходное ослабление.

 - рабочее затухание.

При представлении электромагнитного поля в виде четных и нечетных волн четная волна распространяется главным образом в толще подложки микрополосковой линии, нечетная в значительной степени вытесняется в воздух, что и обуславливает их различные фазовые скорости. Структура электромагнитного поля четной (симметричной) и нечетной (несимметричной) волн в области связи направленного ответвителя с боковой связью, показано на рис.

 

Рис.   Структура электромагнитного поля четной (а) и нечетной (б) волн в направленном ответвителе с боковой суязью.

Применяются различные способы выравнивания фазовых скоростей четной и нечетной волн, на рис. показаны некоторые из них.

 

Рис.    Различные способы выравнивания фазовых скоростей четных и нечетных волн.

а) слой диэлектрика для уменьшения фазовой скорости нечетной волны, б) дополнительный проводник, в) подложка из двухслойного диэлектрика.

Ответвители с боковой связью обеспечивают только слабую связь со вспомогательной линией. Для увеличения связи используются тандемные ответвители и ответвители на встречно стержневых структурах.

Тандемный направленный ответвитель представляет соединение двух направленных ответвителей (рис.  )

Рис.     Тандемный ответвитель б) и его схема а).

Матрица рассеяния тандемного направленного ответвителя имеет вид.

Здесь

,

,

,

k – коэффициент связи составляющих тандем направленных ответвителей на средней частоте рабочего диапазона.

Электрическая длина области связи q = p/2.

Ответвитель на встречно – стержневых структурах (ответвитель Ланге)

 

Рис.      Встречно – стержневые микрополосковые направленные ответвители.

Мощность, поступающая в плечо 1 делится поровну между плечами 2 и 3. плечи 1 и 4 являются развязанными. Сигнал в плече 2 опережает на  p/2 сигнал в плече 3.

Недостаток этих ответвителей – наличие проволочных перемычек, которые припаиваются или приравниваются к линиям передачи. Они изготавливаются для уменьшения индуктивности из нескольких проволочек.

Матрица имеет вид

.