Направленные ответвители и мосты сложения, страница 4

Анализ работы ответвителя проведем тем же способом наложения синфазного и противофазного сигнала. Пусть электрическая длина связанного участка линий равна , волновое сопротивление всех внешних линий  нагружено согласованными сопротивлениями равной ему величины, и на вход 1 через сопротивление подключен источник ВЧ напряжения . Напряжения на выводах НО обозначим . Данное условие подачи напряжения на вход 1 изобразим суммой синфазного  и противофазного сигнала , поданных на входы  1 и 3 одновременно.

Прохождение каждого из этих сигналов, как для одиночной линии, описывается обычной матрицей передачи линии, с подстановкой волнового сопротивления, соответствующего типу волны:

, .

При этом для токов и напряжений сохраняются (анти-)симметрии, поэтому, по правилам линейной суперпозиции, при рассматриваемой подаче сигнала только на вход 1 имеют место соотношения

, , аналогично для токов

, .

Одним из необходимых условий, для того, чтобы восьмиполюсник стал направленным ответвителем, является согласование на всяком входе восьмиполюсника при согласованных нагрузках на остальных его выводах. Поэтому мы потребуем, чтобы . Но . Из показанной на рисунке эквивалентной схемы видно, что для синфазной и противофазной мод сопротивления складываются последовательно:

, . Из данных условий, для получения согласования  на входах (путем длинных выкладок) можно показать, что синфазное и противофазное волновое сопротивление должны удовлетворять уравнению . Входное напряжение на ответвителе тогда равно половине напряжения генератора напряжения исходной схемы, данной на рисунке:. Написанных уравнений для токов, напряжений, и соотношения волновых сопротивлений достаточно, чтобы описать получившийся направленный ответвитель. Для удобства вводится характеризующий величину распределенной связи линий коэффициент , так что ,.

На выходах ответвителя имеем напряжения

, ,  - идеальная направленность имеет место на всех частотах .

Переходное ослабление – отношение мощностей . При очень малой связи – малой взаимной емкости и индуктивности, синфазное и противофазное волновое сопротивление почти равны друг другу, т.е. и переходное ослабление. Максимальная связь получается при .

Ответвители на волноводах с длинной щелью связи (щелевые мосты)

Такие ответвители делают обычно для получения переходного ослабления 0ё3 дБ - от полной передачи до деления пополам. Ответвители со связью 3 дБ называют щелевыми мостами. Расчет таких ответвителей так-же проводится на основе анализа распространения двух типов волн (четного и нечетного вида колебаний, синфазного и противофазного типов волн в устройстве).

1).Щелевой мост со связью по узкой стенке

2). Щелевой мост со связью по широкой стенке 

Все эти ответвители, использующие интерференцию волн, сонаправленные. В обоих случаях используется разность длин волн разных типов в волноводах: так во втором ответвителе участок двух прямоугольных волноводов, так где они соединены двумя продольными щелями в широкой стенке вдоль узких стенок, волноводы можно рассматривать как единую полосковую линию с внешним проводником квадратного сечения. При этом всегда . Выбором длины l можно добиться желаемой величины связи между волноводами. Рассмотрим это подробнее на первом варианте щелевого моста – со связью волноводов по узкой стенке.

После выхода сигнала из 1 в широкий волновод он возбуждает в нем волны двух типов – Н10 и Н20. При этом сигнал Н20 противофазен на 1и 2, 3 и 4. Ввиду разной скорости распространения накапливается разность фаз между этими типами вол, и там, где разность фаз достигает p¤2, сложенные суммой двух типов волн выходные сигналы на двух выходах оказываются равными по амплитуде, но с разностью фаз   p¤2, то есть мощность делится между выходами пополам, и если на выходы подать два сигнала одинаковой амплитуды с таким же сдвигом фаз, то они сложатся в один волновод – что и используется в квадратурных мостах такого типа для сложения мощности от отдельных генераторных каскадов.