RU2072595C1 - Wideband hybrid device - Google Patents
Wideband hybrid device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2072595C1 RU2072595C1 RU93012934A RU93012934A RU2072595C1 RU 2072595 C1 RU2072595 C1 RU 2072595C1 RU 93012934 A RU93012934 A RU 93012934A RU 93012934 A RU93012934 A RU 93012934A RU 2072595 C1 RU2072595 C1 RU 2072595C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coaxial transmission
- conductors
- transmission lines
- lines
- conductor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехническим устройствам, работающим в диапазонах длинных, средних, коротких и ультракоротких волн, в частности к классу гибридных устройств без потерь, имеющих четыре попарно развязанных входа. С помощью таких устройств можно, например, суммировать мощность двух генераторов в общей нагрузке без взаимосвязи между этими генераторами. Можно также делить мощность одного генератора поровну между двумя нагрузками, исключив взаимное влияние последних. The invention relates to electronic devices operating in the ranges of long, medium, short and ultrashort waves, in particular to the class of lossless hybrid devices having four pairwise decoupled inputs. Using such devices, it is possible, for example, to summarize the power of two generators in a common load without the relationship between these generators. You can also divide the power of one generator equally between two loads, eliminating the mutual influence of the latter.
Кроме того, можно создавать широкополосные фазовращатели, частотно-разделительные системы, измерительные "мосты" и многое другое. In addition, you can create broadband phase shifters, frequency-separation systems, measuring "bridges" and much more.
Существуют разнообразные схемные и схемно-конструктивные варианты построения таких устройств [1, 2] Широкополосные выполняются с использованием отрезков длинных линий, в частности коаксиальных кабелей, размещенных в полости наборов кольцевых сердечников из ферромагнитного материала (магнитопроводов) или намотанных на них [1, 2]
На высоких частотах при большой передаваемой мощности ферромагнитные материалы имеют весьма ограниченное применение, ввиду значительных потерь в них и чаще всего создаются структуры только из соединенных различным образом между собой линий передачи [2] При этом, естественно, ширина рабочей полосы частот не может быть столько широкой, как при наличии магнитопроводов из ферромагнитного материала. В устройствах, содержащих магнитопроводы из ферромагнитных материалов и в устройствах, использующих только линии передачи есть много общего; различия часто лишь в выполнении "магнитной цепи", исключающей недопустимое индуктивное шунтирование входов устройства, и в конструкции линий передачи. При этом, несмотря на исключительное многообразие схемных и конструктивных решений, не может быть таких, которые обеспечивали бы, пусть лишь теоретически, идеальные характеристики: независимые от частоты согласование на всех четырех входах и полную попарную развязку между ними. Однако приблизиться к таким характеристикам удается в широком (многооктавной) полосе частот и нельзя утверждать, что наилучшие решения уже известны.There are a variety of circuit and circuit design options for constructing such devices [1, 2] Broadband are performed using segments of long lines, in particular coaxial cables, placed in the cavity of sets of ring cores made of ferromagnetic material (magnetic cores) or wound on them [1, 2]
At high frequencies with a large transmitted power, ferromagnetic materials have very limited applications, due to significant losses in them, and most often structures are created only from transmission lines connected in different ways [2] Moreover, of course, the width of the working frequency band cannot be so wide , as in the presence of magnetic cores of ferromagnetic material. In devices containing magnetic circuits of ferromagnetic materials and in devices using only transmission lines have much in common; the differences are often only in the implementation of the "magnetic circuit", which excludes unacceptable inductive shunting of device inputs, and in the design of transmission lines. At the same time, despite the exceptional variety of circuit and design solutions, there cannot be those that would provide, if only theoretically, ideal characteristics: frequency-independent matching at all four inputs and full pairwise isolation between them. However, it is possible to get close to such characteristics in a wide (multi-octave) frequency band and it cannot be argued that the best solutions are already known.
По мере того как находятся все более совершенные решения, возрастают и требования к ним, в частности из-за расширения сферы использования рассматриваемых устройств. Поэтому актуальность задачи создания устройств рассматриваемого класса с улучшенными их частотными или технико-экономическими характеристиками не снижается. As more and more perfect solutions are found, the requirements for them also increase, in particular due to the expansion of the scope of use of the devices in question. Therefore, the relevance of the task of creating devices of this class with their improved frequency or technical and economic characteristics is not reduced.
Известные широкополосные гибридные устройства, использующие линии, размещенные на магнитопроводе, наиболее полно представлены в [1, 2] Среди них в классе устройств с четырьмя в значительной мере согласованными и попарно развязанными входами сложнее всего реализовать наиболее широкую полосу частот, когда все входы являются несимметричными относительно общей шины [1, 2] Самым близким к предлагаемому является широкополосное устройство с четырьмя попарно развязанными несимметричными относительно общей шины входами [1, с. 161] схема которого приведена (фиг. 1), и которое реализовано совокупностью следующих существенных признаков. Known broadband hybrid devices using lines located on the magnetic circuit are most fully represented in [1, 2]. Among them, in the class of devices with four substantially matched and pairwise decoupled inputs, it is most difficult to implement the widest frequency band when all inputs are asymmetrical with respect to common bus [1, 2] The closest to the proposed one is a broadband device with four inputs pairwise asymmetric with respect to the common bus inputs [1, p. 161] the scheme of which is shown (Fig. 1), and which is implemented by a combination of the following essential features.
Устройство содержит шесть коаксиальных линий передачи единого волнового сопротивления 1 6, объединенных в три группы: (1, 2, 3), (4, 5) и 6 и соединенных в каждой группе своими наружными проводниками с обоих концов, причем все начала последних соединены с общей шиной 7. The device contains six coaxial transmission lines of a single wave impedance 1 6, combined in three groups: (1, 2, 3), (4, 5) and 6 and connected in each group by their external conductors from both ends, and all the beginnings of the latter are connected to
Линии 1, 2, 3 расположены на общем магнитопроводе 8, линии 4, 5 на том же магнитопроводе 8 или на отдельном общем магнитопроводе 9, линия 6 на магнитопроводе 10.
При этом длины всех линий 1 6, а также индуктивности, образованные наружными проводниками в группах из линий 1, 2, 3, линий 4, 5 и линии 6 - одинаковые. Moreover, the lengths of all lines 1 6, as well as the inductances formed by the external conductors in groups of
Начала внутренних проводников линий 2 и 5 образуют потенциальные зажимы входов 11 и 12 устройства. The beginning of the internal conductors of
Начала внутренних проводников линий 1 и 6, а также линий 3 и 4 соединены попарно и образуют потенциальные зажимы входов 13 и 14 устройства. The beginning of the internal conductors of
Концы внутренних проводников линий 2, 4, 6 соединены друг с другом. The ends of the inner conductors of
Конец внутреннего проводника линии 1 соединен с концом спаренных наружных проводников линий 4 и 5. The end of the inner conductor of line 1 is connected to the end of the paired outer conductors of
Концы внутренних проводников линий 3, 5 соединены друг с другом и с концом наружного проводника линии 6. The ends of the inner conductors of
Недостатком устройства (фиг. 1) является то, что его нижняя рабочая частота ограничена значением развязки между входами 12 и 11, 14 и 13, причем эта развязка уменьшается по мере снижения частоты. Это вызывает необходимость увеличения объема магнитопроводов и (или) длин линий, наматываемых на них, что приводит к увеличению габаритов и стоимости устройств. При этом все равно не достигается полная (практически весьма высокая) развязка между входами в широкой рабочей полосе частот. The disadvantage of the device (Fig. 1) is that its lower operating frequency is limited by the isolation value between the
Задача изобретения создание устройства, имеющего четыре несимметричных относительно общей шины входа, которые полностью попарно развязаны между собой вне зависимости от объема магнитопроводов и равных длин размещаемых на них линий. Кроме того, в предлагаемом устройстве достигается высокая степень согласования на всех входах. The objective of the invention is the creation of a device having four asymmetrical relative to the common input bus, which are completely pairwise decoupled from each other regardless of the volume of the magnetic cores and equal lengths of the lines placed on them. In addition, the proposed device achieves a high degree of coordination at all inputs.
Эта задача решается широкополосным гибридным устройством с четырьмя попарно развязанными несимметричными относительно общей шины входами (фиг. 2) реализуемым следующей совокупностью существенных признаков. This problem is solved by a broadband hybrid device with four inputs pairwise unbalanced asymmetric relative to the common bus (Fig. 2) implemented by the following set of essential features.
1.Устройство содержит шесть коаксиальных линий передачи единого волнового сопротивления 1 6, объединенных в три группы: (1, 2, 3), (4, 5) и 6, и соединенных в каждой группе своими наружными проводниками с обоих концов, причем все начала последних соединены с общей шиной 7. 1. The device contains six coaxial transmission lines of a single wave impedance 1 6, combined in three groups: (1, 2, 3), (4, 5) and 6, and connected in each group by their external conductors from both ends, and all beginnings the latter are connected to a
2. Устройство содержит также дополнительный проводник 15, начало которого соединено с общей шиной 7. 2. The device also contains an
3. Линии 1, 2, 3 расположены на общем магнитопроводе 8, линии 4, 5 на магнитопроводе 9, линия 6 на магнитопроводе 10, а проводник 15 на магнитопроводе 16. 3.
4. При этом длины всех линий 1 6, а также индуктивности, образованные наружными проводниками в группах из линий 1, 2, 3, линий 4, 5, линии 6 и проводника 15 одинаковые. 4. Moreover, the lengths of all lines 1 6, as well as the inductances formed by the outer conductors in groups of
5. Начала внутренних проводников линий 2 и 5 образуют потенциальные зажимы входов 11 и 12 устройства. 5. The beginning of the internal conductors of
6. Начала внутренних проводников линий 1 и 6, а также линий 3 и 4 соединены попарно и образуют потенциальные зажимы входов 13 и 14 устройства. 6. The beginning of the internal conductors of
7. Концы внутренних проводников линий 2, 4, 6 и проводника 15 соединены между собой. 7. The ends of the inner conductors of
8. Концы внутренних проводников линий 3, 5 и наружного проводника линии 6 соединены между собой. 8. The ends of the inner conductors of
9. Конец внутреннего проводника линии 1 соединен с концами наружных проводников линий 4 и 5. 9. The end of the inner conductor of line 1 is connected to the ends of the outer conductors of
Отличительными признаками являются пп. 2, 3, 4, 7, 8. Distinctive features are paragraphs. 2, 3, 4, 7, 8.
Анализ известного уровня науки и техники показал отсутствие информации о широкополосном гибридном устройстве, характеризуемом совокупностью перечисленных существенных признаков. An analysis of the known level of science and technology showed a lack of information about a broadband hybrid device characterized by a combination of the essential features listed.
Нет информации, раскрывающей отдельные отличительные признаки предлагаемого устройства. Приведенный анализ показал, что заявленное решение характеризуется требованиям "новизна" и "изобретательский уровень", поскольку достигнут результат, удовлетворяющий давно существующую потребность, получить который до сих пор не удавалось. There is no information revealing the individual distinguishing features of the proposed device. The above analysis showed that the claimed solution is characterized by the requirements of "novelty" and "inventive step", since a result has been achieved that satisfies a long-standing need, which has not yet been obtained.
Чтобы пояснить работу предлагаемого устройства обратимся к схеме замещения устройства (фиг. 2), представленной на фиг. 3. Прежде чем рассматривать работу этой схемы целесообразно отметить одно известное обстоятельство. На высоких частотах коаксиальная линия характеризуется тремя проводниками. Два из них образуют непосредственно линию передачи и соответствуют: один внутреннему проводнику коаксиальной линии, а другой - внутренней поверхности наружного проводника. По этим проводникам и происходит передача колебаний в линии, как таковой. В силу того, что глубина проникновения поля в проводнике на высоких частотах всегда много меньше чем толщина наружного проводника используемой коаксиальной линии, внешняя сторона этого проводника действует, по сути дела, как самостоятельный проводник. To explain the operation of the proposed device, we turn to the equivalent circuit of the device (Fig. 2), presented in Fig. 3. Before considering the operation of this scheme, it is advisable to note one well-known circumstance. At high frequencies, the coaxial line is characterized by three conductors. Two of them form a direct transmission line and correspond: one to the inner conductor of the coaxial line, and the other to the inner surface of the outer conductor. It is through these conductors that vibrations are transmitted in the line as such. Due to the fact that the depth of field penetration in a conductor at high frequencies is always much less than the thickness of the outer conductor of the coaxial line used, the outer side of this conductor acts, in fact, as an independent conductor.
В предлагаемом устройстве он представляет собой шунтирующую индуктивность, и причем большую, так как каждый из четырех таких проводников связан с соответствующим магнитопроводом. Использование идеальных трансформаторов в изображении схемы замещения коаксиальной линии (фиг. 3) необходимо для того, чтобы проводники линии не шунтировали больше индуктивности, обусловленные наружными проводниками (точнее их внешними поверхностями) и магнитопроводами [1] Теперь становится ясной схема (фиг. 3), где линии 1, 2, 3 и индуктивный элемент 17 отображают, соответственно, "внутренности" коаксиальных линии 1, 2, 3 и индуктивность их объединенных наружных проводников относительно общей шины 7. Аналогично этому линии 4 и 5 и индуктивный элемент 18 отвечают коаксиальным линиям 4 и 5 и внешней стороне их объединенных наружных проводников. Линия 6 и индуктивный элемент 19 соответствуют коаксиальной линии 6 с ее наружной индуктивностью. Наконец, индуктивный элемент 20 соответствует проводнику 15. In the proposed device, it is a shunt inductance, and moreover, since each of four such conductors is connected to the corresponding magnetic circuit. The use of ideal transformers in the image of the equivalent circuit of the coaxial line (Fig. 3) is necessary so that the line conductors do not shunt more than the inductance caused by the external conductors (more precisely, their external surfaces) and magnetic circuits [1] Now the circuit becomes clear (Fig. 3), where the
Из схемы (фиг. 3) следует, что при введении дополнительного индуктивного элемента, т. е. проводника 15 на магнитопроводе 16 и при выполнении линий 1, 2, 3, линий 4 и 5, линии 6 и проводника 15 на раздельных магнитопроводах, соответственно 8, 9, 10 и 16, или в самом общем случае просто магнитно не связанными, получим четыре взаимонесвязанные (раздельные) равные индуктивности 17 20 (фиг. 3). В этом случае, ввиду симметрии схемы относительно входов любой пары 11 и 12, 13 и 14 они полностью развязаны между собой вне зависимости от частоты. From the diagram (Fig. 3) it follows that with the introduction of an additional inductive element, i.e.,
Другим достоинством устройства изобретения, вытекающим из его симметрии, и полной попарной развязки между входами, является то, что независимо от сигналов, подводимых ко входам для каждого из них, имеет место единая по структуре цепь. Различие лишь в постоянном коэффициенте, равном двум для входов 11 и 12 по отношению ко входам 13 и 14. Это означает, что вводя однотипную низкочастотную коррекцию, можно значительно сдвинуть начальную рабочую частоту в сторону нижних частот. Для пояснения этого факта обратимся к схеме (фиг. 4), отражающей структуру такой цепи для каждого входа. Здесь линии 21 и 22 имеют единое волновое сопротивление равное волновому сопротивлению каждой из линий устройства в случае входов 11 и 12 и вдвое меньшее его значение в случае входов 13 и 14. Соответственно значение индуктивности 23 равно удвоенному значению любой из этих равных индуктивностей 17 20 в случае входов 11 и 12 и значению любой из этих равных индуктивностей для схемы (фиг. 4), относящейся ко входам 13 и 14. Поэтому, вводя на каждом входе продольную ветвь 24 в виде емкости, равной С в случае входов 11 и 12, и равной 2С в случае входов 13 и 14, перейдем от фильтра первого порядка с одной шунтирующей индуктивностью 23, к фильтру третьего порядка, нижняя рабочая частота уменьшается приблизительно в 2,5 раза. Это позволяет за счет коррекции существенно уменьшить общий объем магнитопровода, скомпенсировав с избытком введенный по отношению к прототипу дополнительный магнитопровод 16. Естественно, что нагрузка 25, как и входное сопротивление Zвх, будут для входов 13 и 14 равны половинному значению волнового сопротивления каждой из линий устройства 1 6, а для входов 11 и 12 волновому сопротивлению каждой из этих линий.Another advantage of the device of the invention, resulting from its symmetry, and complete pairwise isolation between the inputs, is that regardless of the signals supplied to the inputs for each of them, there is a single circuit in structure. The difference is only in a constant coefficient equal to two for
Устройство можно использовать и без магнитопроводов, что оказывается целесообразным в случае большого уровня мощности на коротких и ультракоротких волнах и когда не требуется весьма широкая рабочая полоса частот. В этом случае достаточно в устройстве (фиг.2) исключить магнитопроводы а линию 6, объединенные линии 1, 2, 3, объединенные линии 4, 5 и проводник 15 выполнить как внутренние проводники четырех коаксиальных линий, короткозамкнутых со стороны общей шины и не связанных электромагнитно между собой. The device can also be used without magnetic cores, which turns out to be appropriate in the case of a high power level at short and ultrashort waves and when a very wide operating frequency band is not required. In this case, it is enough in the device (Fig. 2) to exclude the magnetic cores and
Для оценки эффективности по предлагаемому изобретению рассмотрим конкретный пример реализации (фиг. 2). To assess the effectiveness of the invention, consider a specific implementation example (Fig. 2).
Пример. В качестве каждого из четырех магнитопроводов 8, 9, 10 и 16 использовался набор идентичных кольцевых ферритовых сердечников типоразмеров К-12х6х4,5 из материала 300 ВНС. Example. As each of the four
В каждом наборе было 30 колец, а в их полости прямолинейные участки коаксиальных кабелей. Все коаксиальные кабели 1 6 были типа РК-50-2-21. Проводник 15 был из того же кабеля, точнее его наружного проводника. In each set there were 30 rings, and in their cavity straight sections of coaxial cables. All coaxial cables 1 6 were of type RK-50-2-21.
В результате экспериментальной проверки было получено, что значение развязки между входами составляло не менее 30 дБ в интервале частот от 0,01 МГц до 100 МГц и не менее 26 дБ до 160 МГц. Значение КСВ на любом из входов составляло не более 1,2 в интервале частот 10-110 МГц при отсутствии коррекции, а при простой н.ч. коррекции нижняя рабочая частота снижается до 3,5 МГц. Полученные практические результаты для одного из вариантов исполнения устройства существенно превышают таковые для прототипа: по меньшей мере увеличение развязки вдвое при расширении более чем вдвое рабочей полосы частот в которой реализована высокая развязка между входами для каждой из пары. As a result of experimental verification, it was found that the isolation value between the inputs was not less than 30 dB in the frequency range from 0.01 MHz to 100 MHz and not less than 26 dB to 160 MHz. The value of the SWR at any of the inputs was no more than 1.2 in the frequency range 10-110 MHz in the absence of correction, and with a simple low correction lower operating frequency is reduced to 3.5 MHz. The obtained practical results for one embodiment of the device significantly exceed those for the prototype: at least double the isolation with more than doubled the working frequency band in which a high isolation between the inputs for each pair is realized.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93012934A RU2072595C1 (en) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | Wideband hybrid device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93012934A RU2072595C1 (en) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | Wideband hybrid device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93012934A RU93012934A (en) | 1995-12-20 |
| RU2072595C1 true RU2072595C1 (en) | 1997-01-27 |
Family
ID=20138465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93012934A RU2072595C1 (en) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | Wideband hybrid device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2072595C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2534956C1 (en) * | 2013-10-04 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" | BROADBAND π/2 PHASE CHANGER |
-
1993
- 1993-03-11 RU RU93012934A patent/RU2072595C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Устройства сложения и распределения мощности высокочастотных колебаний п/р Модия З.И. М., Сов.радио, 1980, с.217-241. Лондон С.Е. и Томашевич С.В. Справочник по высокочастотным трансформаторным устройствам, М., Радио и связь, 1984, с.161 (прототип). * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2534956C1 (en) * | 2013-10-04 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" | BROADBAND π/2 PHASE CHANGER |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3514722A (en) | Networks using cascaded quadrature couplers,each coupler having a different center operating frequency | |
| FI98671C (en) | Parallel multistage bandpass filter | |
| US3484724A (en) | Transmission line quadrature coupler | |
| US5155724A (en) | Dual mode diplexer/multiplexer | |
| US4777458A (en) | Thin film power coupler | |
| JPH07263993A (en) | Electric power symthesizer / divider | |
| US6246299B1 (en) | High power broadband combiner having ferrite cores | |
| US5184096A (en) | Parallel connection multi-stage band-pass filter comprising resonators with impedance matching means capacitively coupled to input and output terminals | |
| US4554518A (en) | Wide band impedance transformer with transformation ratio close to three for radio frequencies | |
| US3529265A (en) | Radio frequency power divider | |
| US3869585A (en) | Asymmetric quadrature hybrid couplers | |
| US9859599B2 (en) | Bandstop filters with minimum through-line length | |
| US3609613A (en) | Low loss transmission-line transformer | |
| RU2072595C1 (en) | Wideband hybrid device | |
| US3882432A (en) | RF broadband transmission line impedance matching transformer pair for less than 4 to 1 impedance transformations | |
| US2724806A (en) | Electromagnetic wave hybrid junction coaxial transmission line structures | |
| US3605044A (en) | Filter structures using bimodal, bisymmetric networks | |
| US3895321A (en) | Minimum phase differential phase shifter | |
| KR940000432B1 (en) | Line filter | |
| US3723914A (en) | Lumped constant quadrature coupler with improved parasitic suppression | |
| US2395165A (en) | High frequency transformer | |
| US3723913A (en) | Quadrature hybrid coupler using one-port, linear circuit elements | |
| US3576505A (en) | Transformer hybrid coupler having arbitrary power division ratio | |
| US5051710A (en) | Variable Zo transmission line transformer | |
| US3886499A (en) | High frequency electrical network with frequency dependent characteristics having a constant input resistance |