RU2024122C1

RU2024122C1 - Directional coupler

Info

Publication number: RU2024122C1
Authority: RU
Inventors: Г.В. Афонин
Original assignee: Конструкторское бюро "Символ" Омского производственного объединения им.А.С.Попова
Priority date: 1990-12-19
Filing date: 1990-12-19
Publication date: 1994-11-30

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: directional coupler has first microstrip line crossing slit line made in metal base and second microstrip line crossing slit line at distance equal to quarter of length of wave of first one. Inputs end outputs of microstrip lines form arms of directional coupler. Quarter-wavelength section of coplanar line open at end is connected to each end of section of slit line. Section of symmetric cable has quarter wave length, first conductor of it on one end is coupled to first microstrip line at point of its crossing with slit line, second conductor is connected to central conductor of section of coplanar line. On the other end of section of symmetric cable first conductor is connected to central conductor section of coplanar line and second conductor is linked to second microstrip line at point of its crossing with slit line. EFFECT: expanded application field, summing of power between transmission lines. 4 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в приемопередающей аппаратуре дециметрового и сантиметрового диапазона длины волн. The invention relates to radio engineering and can be used in transceiver equipment of decimeter and centimeter wavelength ranges.

Известны технические решения направленных ответвителей, которые хорошо компонуются в балансной схеме, например направленные ответвители (НО) "Ланге", шлейфный НО. Known technical solutions of directional couplers, which are well arranged in a balanced circuit, for example directional couplers (BUT) "Lange", a loop BUT.

Недостатком этих устройств является нетехнологичность НО "Ланге", так как требуется высокая точность изготовления топологии, трудность установки перемычек из-за узких зазоров ( ≈ 70 мкм) и проводников ( ≈140 мкм). Шлейфный НО является узкополосным устройством и его габариты значительно превышают габариты предлагаемого НО. The disadvantage of these devices is the low technological quality of the NO Lange, since high precision manufacturing of the topology is required, the difficulty of installing jumpers due to narrow gaps (≈ 70 μm) and conductors (≈140 μm). The loopback BUT is a narrow-band device and its dimensions significantly exceed the dimensions of the proposed BUT.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является направленный ответвитель "де Ронде" на комбинации щелевой и микрополосковой (МПЛ) линиях передач. The closest technical solution to the proposed device is a directional coupler "de Ronde" on a combination of slotted and microstrip (MPL) transmission lines.

Недостатком этого ответвителя является то, что он имеет противонаправленный тип направленности, т.е. мощность, поданная в первое плечо, выделяется во втором и четвертых плечах, а третье плечо развязано. Использование такого НО в балансных схемах крайне затруднено, так как в этих схемах требуется как электрическая, так и геометрическая симметрия плеч. Кроме того, параметры НО очень зависят от точности совмещения относительно друг друга рисунков топологии на разных сторонах подложки. The disadvantage of this coupler is that it has an opposite directional type, i.e. power delivered to the first shoulder is allocated in the second and fourth shoulders, and the third shoulder is untied. The use of such a BUT in balanced circuits is extremely difficult, since in these schemes both electrical and geometric symmetry of the shoulders is required. In addition, the BUT parameters are very dependent on the accuracy of combining topology patterns relative to each other on different sides of the substrate.

Целью изобретения является обеспечение сонаправленного деления мощности и снижение требований к точности изготовления. The aim of the invention is to provide co-directional division of power and reducing the requirements for manufacturing accuracy.

Для этого вводится симметричный двухпроводной кабель с волновым сопротивлением ≈ 60 Ом и длиной λ /4. При этом обеспечивается дополнительный фазовый набег 180^о благодаря инверсному подключению симметричного кабеля к МПЛ, т. е. первый проводник входа симметричного кабеля соединяется с МПЛ, этот же проводник симметричного кабеля, но на его выходе соединяется с центральным проводником копланарной линии длиной λ/4, разомкнутой на конце, в то же время второй проводник симметричного кабеля соединяется по входу кабеля с центральным проводником копланарной линии длиной λ/4, разомкнутой на конце, а по выходу кабеля его второй проводник соединен с МПЛ. Корпусные входы копланарной линии соединены с одним выходом щелевой линии, а корпусные входы копланарной линии с другим выходом щелевой линии.To do this, a symmetrical two-wire cable with a wave impedance of ≈ 60 Ω and a length of λ / 4 is introduced. This provides an additional phase shift ^of 180 ° because of the inverse connection symmetrical cable to MPL, t. E. The first conductor entry symmetrical cable is connected to the MUX, this same conductor symmetrical cable, but its output is connected to the center conductor of the coplanar line λ / 4 long, open at the end, at the same time, the second conductor of the symmetrical cable is connected at the input of the cable to the central conductor of the coplanar line of length λ / 4, open at the end, and at the output of the cable its second conductor is connected to M Sub. The case inputs of the coplanar line are connected to one output of the slit line, and the case inputs of the coplanar line are connected to another output of the slit line.

Наличие дополнительного фазового набега 180^о в симметричном кабеле относительно параллельного микрополоскового шлейфа обеспечивает сложение сигналов в третьем плече предлагаемого НО и вычитание сигналов в четвертом плече. Таким образом обеспечивается сонаправленный тип направленности предлагаемого НО. Изменением места подключения симметричного кабеля к МПЛ обеспечивает возможность регулировки коэффициента связи НО, т.е. устраняется погрешность в совмещении рисунков топологий на разных сторонах подложки.An additional phase shift ^of 180 with respect to the cable in a symmetrical parallel microstrip stub provides signals in addition the third shoulder proposed BUT and subtraction of signals in the fourth shoulder. This provides a codirectional type of directivity of the proposed BUT. By changing the connection point of the symmetrical cable to the MPL, it is possible to adjust the coupling coefficient BUT, i.e. The error in combining topology drawings on different sides of the substrate is eliminated.

На фиг.1 изображена конструкция предлагаемого ответвителя; на фиг.2-4 - экспериментальные характеристики макета предлагаемого НО. Figure 1 shows the design of the proposed coupler; figure 2-4 - experimental characteristics of the layout of the proposed BUT.

Направленный ответвитель работает следующим образом. The directional coupler operates as follows.

Сигнал, поданный в плечо 1 НО разветвляется пропорционально волновым сопротивлениям: в нагрузку плеча 2, щелевую линию и симметричный кабель. При этом вход симметричного кабеля одним проводом соединен с МПЛ 5, а другим проводом кабель соединяется с центральным проводником четвертьволнового разомкнутого на конце отрезка копланарной линии 9, это обеспечивает электрическое соединение второго провода по входу симметричного кабеля с корпусной шиной. В то же время для волны в щелевой линии копланарная линия, подключенная к щелевой линии своими корпусными входами, представляет собой холостой ход. The signal applied to the shoulder 1 BUT branches out in proportion to the wave impedances: to the load of the shoulder 2, a slot line and a balanced cable. At the same time, the input of the symmetrical cable is connected with MPL 5 with one wire, and the cable is connected with the central conductor of the quarter-wave open at the end of the segment coplanar line 9, this provides an electrical connection of the second wire at the input of the balanced cable with the chassis bus. At the same time, for a wave in a slotted line, the coplanar line connected to the slotted line by its case inputs is an idle run.

Для того, чтобы обеспечить сонаправленный тип направленности НО сигналы, поступающие в третье плечо НО из щелевой линии и из симметричного кабеля должны быть синфазны, а сигналы, поступающие в четвертое плечо НО - противофазны. Это условие будет выполняться, если сигнал, поступающий в МПЛ 6 из симметричного кабеля, будет иметь дополнительный фазовый набег 180^о по сравнению с фазой сигнала, который поступал бы из параллельного шлейфа известного НО.In order to provide a codirectional type of directivity of the ND, the signals arriving at the ND third arm from the slotted line and from the balanced cable should be in phase, and the signals arriving at the ND fourth arm are out of phase. This condition will be satisfied if the signal coming in from 6 MPL symmetrical cable will have an additional phase shift ^of 180 as compared with the phase of the signal which is fed to the parallel loop of the form HO.

Чтобы обеспечить дополнительный фазовый набег 180^о, первый провод симметричного кабеля, который по входу соединяется с МПЛ 5, по выходу кабеля соединяется с центральным проводником разомкнутого на конце четвертьволнового отрезка копланарной линии 10, корпусные входы которого соединены с выходом щелевой линии, т.е. электрически соединяется с корпусной шиной.To provide an additional phase shift ^of 180, the first wire balanced cable, which entry is connected to the microstrip line 5, on an output cable is connected to the center conductor at the open end of a quarter-wave length of the coplanar line 10, housing whose inputs are connected to the output slotline, i.e. electrically connected to the chassis bus.

Второй провод симметричного кабеля, который по входу кабеля соединяется с центральным проводником, по выходу кабеля соединяется с МПЛ 6. При этом сохраняя величины волновых сопротивлений щелевой линии предлагаемого и известного НО, а также обеспечив сопротивление симметричного кабеля ≈60 Ом, выполняется амплитудное равенство сигналов, возбужденных в МПЛ 6 как щелевой линией, так и симметричным кабелем. Сигналы, возбужденные в МПЛ 6 щелевой линией, поступают в плечо 3 и плечо 4 НО в противофазе, а сигналы, возбужденные в МПЛ 6 симметричным кабелем, поступают в плечо 3 и плечо 4 НО в фазе, при этом в плече 3 сигналы складываются, а в плече 4 - вычитаются. The second wire of the symmetric cable, which is connected to the central conductor at the cable input, is connected to the MPL 6 at the cable output. At the same time, the waveform impedances are kept at ≈60 Ohm, and the signal amplitude is satisfied, excited in MPL 6 both with a slit line and with a balanced cable. The signals excited in the MPL 6 by the slit line enter the arm 3 and arm 4 of the NO in antiphase, and the signals excited in the MPL 6 by a symmetrical cable enter the arm 3 and arm 4 of the NO in phase, and the signals are added to arm 3, and in shoulder 4 - are subtracted.

На фиг.2-4 показаны графики зависимостей параметров предлагаемого НО от частоты, приняты следующие обозначения:
С₁₂ - коэффициент передачи из плеча 1 в плечо 2;
С₁₃ - коэффициент передачи из плеча 1 в плечо 3;
С₁₄ - коэффициент передачи из плеча 1 в плечо 4;
К_ст - коэффициент стоячей волны по входу плеча 1 НО в 50-Омном тракте при условии нагрузки плеч 2, 3, 4 на согласованные нагрузки 500 м.Figure 2-4 shows graphs of the dependencies of the parameters of the proposed BUT on the frequency, the following notation:
C ₁₂ - transmission coefficient from shoulder 1 to shoulder 2;
C ₁₃ - transmission coefficient from shoulder 1 to shoulder 3;
C ₁₄ - transmission coefficient from shoulder 1 to shoulder 4;
To _st - the coefficient of the standing wave at the input of the shoulder 1 BUT in the 50-Ohm path, provided the load of the shoulders 2, 3, 4 on the agreed load of 500 m

Применение направленного ответвителя значительно упрощает топологию балансных схем, отсутствие жестких требований к совмещению рисунков на разных сторонах подложки значительно упрощает технологию изготовления. The use of a directional coupler greatly simplifies the topology of balanced circuits, the absence of strict requirements for combining patterns on different sides of the substrate greatly simplifies the manufacturing technology.

Claims

НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ, содержащий первую микрополосковую линию, перекрещивающуюся с щелевой линией, выполненной в металлическом основании, и вторую микрополосковую линию, перекрещивающуюся с щелевой линией на расстоянии, равном четверти длины волны от первой, при этом входы и выходы микрополосковых линий образуют плечи направленного ответвителя, отличающийся тем, что, с целью обеспечения сонаправленного деления мощности и снижения требований к точности изготовления, к каждому концу отрезка щелевой линии подключен соответствующий введенный четвертьволновый отрезок копланарной линии, разомкнутый на конце, и введен отрезок симметричного кабеля, имеющего четвертьволновую длину, на одном конце которого первый проводник подключен к первой микрополосковой линии в месте перекрещивания ее с щелевой линией и второй проводник подключен к центральному проводнику отрезка копланарной линии, а на другом конце отрезка симметричного кабеля первый проводник подключен к центральному проводнику отрезка копланарной линии, а второй проводник - к второй микрополосковой линии в месте пересечения ее с щелевой линией. A DIRECTED DETACHER containing a first microstrip line intersecting with a slotted line made in a metal base and a second microstrip line intersecting with a slotted line at a quarter wavelength from the first, while the inputs and outputs of the microstrip lines form the shoulders of a directional coupler the fact that, in order to ensure co-directional division of power and reduce requirements for manufacturing accuracy, a corresponding line is connected to each end of the slot line segment the introduced quarter-wave segment of the coplanar line, open at the end, and introduced the segment of the symmetrical cable having a quarter-wavelength, at one end of which the first conductor is connected to the first microstrip line at the point where it intersects with the slot line and the second conductor is connected to the central conductor of the coplanar line segment, and at the other end of the symmetrical cable segment, the first conductor is connected to the central conductor of the coplanar line segment, and the second conductor is connected to the second microstrip line in m ste its intersection with the slot-line.