1.5.4.5. Мости Ланге

Ці багатозв’язні (рис. 1.165) відгалужувачі з паралельним з’єднанням декількох зв’язаних ліній технологічніші у виготовленні. Ширина зазору в них становить уже 40...70 мкм і легко реалізується фотолітографічним методом. Мости Ланге працездатні в смузі частот до двох октав, що д осягається, зокрема, вирівнюванням потенціалів зв’язаних ліній за допомогою сполучних провідників (паралельне з’єднання трьох провідників зменшує їхню індуктивність).

Характеристики й параметри багатьох пристроїв можна поліпшити, застосувавши мости, складені на декількох різних типах ЛП.

П

Рис 1.165

рикладом такого моста, мікросмужкового аналога подвійного хвилевідного трійника, може бути показана на рис. 1.166 конструкція, яка складається з двох центральних пліч 1 і 2 відповідно на ЩЛ та МСЛ, кільцевої лінії загальною довжиною /2 і двох бічних пліч 3 та 4 на ЩЛ, що розходяться симетрично щодо плеча 2.

У

Рис 1.166

ся потужність, що надходить на вхід 1, розподіляється порівну між вихідними плечима 3 та 4; коливання в цих плечах синфазні, поле в плечі 2 не збуджується. Потужність не проходить із входу 2 на вхід 1, а ділиться навпіл між бічними плечима 3 та 4, причому коливання в цих плечах зсунуті між собою за фазою на . Такий синфазно-протифазний режим роботи цього моста забезпечує розподіл потужності в смузі частот 80 % з нерівномірністю, меншою 0,2 дБ. Якщо цей міст збудити з боку бічного плеча 3 чи 4, то потужність надійде тільки в центральні плечі 1 і 2 зі зсувом коливань за фазою на /2.

Висновки

Спрямовані відгалужувачі можуть бути співспрямованими та протиспрямованими. Поліпшення електричних характеристик спрямованих відгалужувачів можна досягти збільшенням кількості елементів зв’язку.

Мостові з’єднання поділяють потужність на дві рівні частини; за зсувом фаз коливань на виході розрізняють синфазні, протифазні, синфазно-противофазні та квадратурні мости.

Запитання та завдання

1. Назвати види СВ й охарактеризувати їх параметри.

2. Пояснити основи розрахунку багатоелементних СВ.

3. Навести приклади конструкцій одноелементних СВ та пояснити принцип їх дії.

4. Пояснити методику визначення взаємної розв’язки пліч СВ та хвилевідних мостів.

5. Які властивості подвійних хвилевідних трійників?

6. Які властивості мають щілинні та кільцеві мости?

7. У разі живлення подвійного трійника з боку бічних пліч фази й амплітуди коливань

підібрано так, що вся потужність надходить у плече Е. Як потрібно змінити фазу коливань в одному з бічних пліч, щоб уся потужність передавалася в плече Н?

5. Яке призначення підстроювального елемента в центрі хвилевідного ЩМ?

6. В изначити КБХ на вході ідеального ЩМ, якщо одне з його пліч закорочено, а інші навантажено на узгоджені навантаження (див. рисунок).

1 0. Визначити КСХ на вході 1 ідеального ЩМ, вихідне плече 2 якого закорочено, а до пліч 3 та 4 підключено узгоджені навантаження. Як зміниться значення КСХ, якщо навантаження пліч 2, 3, 4 поміняти місцями?

1 1. Чи змінюватиметься потужність на виходах системи, що складається з трьох ЩМ (див. рисунок), з переміщенням короткозамикального поршня?

1 2. Визначити межі зміни потужності Р_вих на виході суматора (згорнутого кільцевого моста) за зміною фазового зсуву φ. Навантаження плеча з індикатором неузгодженості (унизу) вважати узгодженим.

1.5.5. Диплексери (частотно-розділові пристрої)

Загальна характеристика диплексерів. Для зниження вартості й габаритів станцій зв’язку використовують ту саму антену для прийому сигналів і їх передачі. При цьому сигнал передавача, випромінюваний антеною, не має потрапляти в приймач, а прийнятий має надходити тільки в приймач. Пристрої, що забезпечують підключення передавача та приймача (що працюють одночасно на різних частотах) до однієї антени, називають частотно-розділовими пристроями, або диплексерами (іноді дуплексерами).

Диплексери мають задовольняти такі вимоги. Сигнал передавача, що просочується в приймач, потрібно ослабити до рівня, за якого немає насичення малошумного підсилювача (МШП) та вхідного змішувача (у разі великого підсилення МШП). Наприклад, якщо потужність передавача 10³ Вт, а потужність насичення МШП за входом 10^–6 Вт, то внесене ослаблення приймального плеча диплексера на частоті передачі має бути не менше ніж 90 дБ, що забезпечується потрібною кількістю ланок СПФ для заданого розносу частот прийому та передачі. При цьому підсилювач працює в лінійному режимі, хоча потужність передавача, що просочується, може істотно перевищувати

потужність прийнятого сигналу. Подальше ослаблення коливань передавача виконується за допомогою частотно-вибіркових властивостей МШП та тракту проміжної частоти.

Смуга пропускання фільтрів диплексера має бути не надто широкою, щоб забезпечити захист приймача від зовнішніх завад, зокрема по дзеркальному каналу, але й не занадто вузькою, інакше буде спотворено корисний сигнал. Внесене ослаблення диплексера на частоті прийому має бути мінімальним, щоб зумовлена ним складова шумової температури приймальної системи не перевищувала заданої.

У тракті передачі також мають бути малі втрати. Енергетичний потенціал потужних станцій може погіршуватись як через теплові втрати, так і в результаті розстроювання фільтрувальних систем унаслідок їх нагрівання. Так, втрати лише в 0,4 дБ у разі середньої потужності передавача 10 кВт відповідають 1 кВт потужності, що перетворюється в тракті НВЧ на тепло. Диплексер має забезпечувати передачу заданої потужності без пробою, не спричиняти затягування частоти генератора зі зміною навколишніх умов, мати мінімальні габаритні розміри та масу.

Для реалізації двостороннього зв’язку іноді використовують два близькі піддіапазони частот, розділені захисним проміжком. Якщо перший із них призначено для прийому сигналів, то другий  для передачі, і навпаки, тобто потрібно переключати фільтри з одного піддіапазону на другий. Щоб в обох цих випадках розв’язка приймача від передавача

була однакова й не нижча допустимої, ЧХ фільтрів має бути симетричною, з однаковою крутістю схилів. Потрібно, щоб форма ЧХ фільтрів і диплексера не змінювалась у разі перестройки з однієї робочої хвилі на іншу в межах піддіапазону.

Н айпростішою конструкцією диплексера є трійник (рис. 1.167), до одного плеча якого підключено антену, до інших – через відповідні смугові фільтри  приймач і передавач. Довжину плеча l₁ підбирають так, щоб сигнал передавача надходив без відбиттів у антену. Довжина плеча l₂ забезпечує надходження прийнятого сигналу без відбиттів у приймач.

1.5.5.1. Диплексери з мостовими з’єднаннями

У

Рис. 1.169

Рис. 1.168

Рис. 1.167

сантиметровому діапазоні диплексер іноді складається з каскадно з’єднаних двох ЩМ і СПФ між ними, настроєних на частоту прийому (рис. 1.168. а). Прийняті антеною на частоті f₁ коливання сигналу через СПФ двома шляхами однакової довжини (рис. 1.168. б) надходять у приймач, підключений до плеча 3. Коливання в плечі 3 складаються у фазі (на рисунку позначено зсуви фаз, зумовлені тільки проходженням хвиль через область зв’язку). У плече 4 сигнал не проходить через властивості ЩМ, а в плече 2 – через те, що хвилі приходять туди двома шляхами в протифазі, маючи однакову амплітуду.

Коливання передавача з частотою f₂, відбиті фільтрами, приходять в антену також у фазі (рис. 1.169. а), а в плече 4 відбиті від фільтрів хвилі надходять у протифазі (рис. 1.169. б).

Р

Рис. 1.170

озглянемо схему диплексера, що складається з двох подвійних трійників і двох СПФ, настроєних на частоту f₁ прийнятого сигналу (рис. 1.170). Коливання цієї частоти від підключеного до антени плеча Н надходять у фазі в обидва бічні плечі подвійного трійника та попадають у приймач, складаючись у фазі в плечі Н другого подвійного трійника.

Коливання передавача на частоті f₂ з Е-плеча подвійного трійника попадають спочатку в бічні плечі зі зсувом на 180° (відповідно до властивостей Е-трійників). Відбиваючись від СПФ, ці коливання знову повертаються до подвійного трійника, але вже у фазі, оскільки відстані, на які СПФ віддалені від трійника, відрізняються на ₂/4. Синфазні коливання з бічних пліч надходять у Н-плече і випромінюються антеною.

Використання ЩМ і подвійних трійників дає додаткову розв’язку приймача від передавача приблизно на 20...30 дБ порівняно з найпростішою схемою диплексера на трійнику (див. рис. 1.167).

У мініатюрних приймально-передавальних пристроях НВЧ раціонально застосовувати диплексери з фільтрами на ДР (наприклад, як показано на рис. 1.171). До мікрорознімання 1 підключено антену, до входу 7 – передавач, до гнізда 5 – приймач. Мікрорознімання входять у порожнину диплексера штирями. Порожнину диплексера розділено електромагнітним екраном 4 на два не зв’язаних між собою відсіки. Коливання від передавача на частоті ₁ штирем збуджують резонатор 6 у лівій частині диплексера, перший із трьох резонаторів фільтра, настроєний на частоту передачі.

Резонатор 3 (лівий)на виході фільтру зв’язаний з антеннним розніманням, коливання

передавача випромінюються в ефір.

П равий фільтр настроєний на частоту прийому ₂ й не пропускає потужні коливання передавача до приймального пристрою. Штир антенного гнізда збуджує правий резонатор 3, фільтр у правому відсіку пропускає прийняті на частоті ₂ коливання до приймача. Такий диплексер, на відміну від розглянутих вище диплексерів на ЩМ або на ПХТ, можна застосовувати для роботи з частотою прийому ₁ і частотою передачі ₂. Це, наприклад, дає змогу зменшити кількість типономіналів диплексерів у радіорелейних або стільникових лініях зв’язку.

1 .5.5.2. Поляризаційний диплексер

П

Рис. 1.171

оляризаційні диплексери призначені для розподілу сигналів колової поляризації, наприклад правого обертання (на прийом) і лівого (на передачу). Пояснимо принцип дії такого диплексера на прикладі конструкції, зображеної на рис. 1.172. С

1

2

игнал передавача через прямокутний хвилевід 1 збуджує в круглому хвилеводі хвилю Н₁₁. Плече 2 розв’язане щодо плеча 1, тому що хвиля Н₁₁ не збуджує в плечі 2 хвилю Н₁₀, і вся потужність передавача через діелектричну пластину 4, орієнтовану під кутом 45° відносно широкої стінки прямокутного хвилеводу 1, надходить у плече 3 й потім випромінюється у вигляді коливань з поляризацією лівого обертання.

П

Рис. 1.172

еретворення поля лінійної поляризації в поле колової поляризації можна пояснити так. Вертикально

поляризований вектор хвилі Н₁₁, як це показано на рис. 1.160, можна подати у вигляді суми двох складових:

У разі поширення вздовж діелектричної пластини складова поля розміщена переважно в

д

Рис. 1.173

іелектрику, зазнає більшого вповільнення, ніж Якщо довжину й товщину пластини вибрано так, що різниця фаз складових і д орівнює /2, то на виході 3 маємо поле

миттєве значення якого має вигляд

(1.81)

Вважаючи, що z  0 та спостерігаючи орієнтацію вектора в моменти часу, у які t  0, /2, , ..., переконуємося, що випромінюване поле (1. 81) має колову поляризацію лівого напрямку обертання.

Прийняте поле правого обертання, з урахуванням напрямку поширення в бік z також можна описати виразом (1.81).

У разі поширення поля вздовж пластини в напрямку z фазова затримка складової розташованої в площині пластини, на /2 більша, ніж затримка складової тому

після проходження пластини електричне поле в круглому хвилеводі можна описати виразом що відповідає полю лінійної поляризації, орієнтованому ортогонально полю унаслідок чого прийнятий сигнал надходить у плече 2, не потрапляючи в плече 1.

Поляризаційні диплексери забезпечують розв’язку трактів прийому та передачі приблизно на 30 дБ. Збільшити розв’язку можна за допомогою частотних фільтрів, якщо частоти прийому та передачі різ