RU2472259C1

RU2472259C1 - Power divider

Info

Publication number: RU2472259C1
Application number: RU2011133729/07A
Authority: RU
Inventors: Леонид Григорьевич Плавский; Геннадий Семенович Шауро; Мария Владимировна Яковлева
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2013-01-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: power divider comprises an input arm connected via quarter-wave-length sections of a transmission line to output arms, where between output arms there is a ballast resistor connected, a high-pass filter is introduced into one output arm, and a section of the transmission line with length of λ/8, being a low-pass filter, is included into the other one.

EFFECT: invention provides for expansion of a VSWR strip in a power divider input under any values of load resistance, due to provision of a quadrature property in a wide frequency band.

5 dwg

Description

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использовано в качестве схем сложения транзисторных усилителей мощности (УМ), используемых в предварительных и оконечных каскадах. Область применения - дециметровый, метровый и нижняя часть сантиметрового диапазона.The invention relates to techniques for superhigh frequencies (microwave) and can be used as addition circuits for transistor power amplifiers (PAs) used in preliminary and terminal stages. Scope - decimeter, meter and lower part of the centimeter range.

Известен делитель мощности, содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи (ОЛП) к выходным плечам, при этом между выходными плечами включен балластный резистор, а к его средней точке подключен шлейф, короткозамкнутый на конце (а.с. №1798840, СССР, Н01Р 5/12).A power divider is known that contains an input arm connected through quarter-wave segments of a transmission line (OLP) to the output arms, while a ballast resistor is connected between the output arms, and a loop shorted at the end is connected to its midpoint (AS No. 1798840, USSR H01P 5/12).

Однако в указанном делителе мощности коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) входа равно КСВН нагрузки. В связи с этим, такое устройство не предназначено для работы с рассогласованными нагрузками.However, in the indicated power divider, the standing wave voltage coefficient (VSWR) of the input is equal to the VSWR of the load. In this regard, such a device is not designed to work with mismatched loads.

Кроме того, известен делитель мощности (Гурова И.И. Влияние частотных свойств СВЧ-мостов на широкополосность усилительных каскадов со сложением мощности // Известия вузов, 1974, том 17, №10), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые (ОЛП) к выходным плечам, где между ними включен балластный резистор, при этом на одном из выходов подключен четвертьволновый ОЛП.In addition, the power divider is known (Gurova II, Influence of the frequency properties of microwave bridges on the broadband amplification stages with power addition // University News, 1974, volume 17, No. 10), which is a prototype of the invention and contains an input arm connected through quarter-wave (OLP) to the output arms, where a ballast resistor is connected between them, while a quarter-wave OLP is connected at one of the outputs.

Однако указанный делитель мощности обладает свойством квадратурности лишь на центральной частоте диапазона (f₀), и КСВН входа имеет узкую полосу при любых значениях сопротивления нагрузки (R_н).However, the indicated power divider has the quadrature property only at the center frequency of the range (f ₀ ), and the VSWR of the input has a narrow band at any values of the load resistance (R _n ).

Задачей предлагаемого изобретения является расширение полосы КСВН входа делителя мощности при любых значениях R_н, за счет обеспечения свойства квадратурности в широкой полосе частот.The objective of the invention is the expansion of the band VSWR input of the power divider at any values of R _n , due to the provision of the quadrature property in a wide frequency band.

Поставленная задача достигается тем, что в известном делителе мощности, содержащем входное плечо, подключенное через четвертьволновые ОЛП к выходным плечам, где между ними включен балластный резистор, в одно выходное плечо введен фильтр верхних частот (ФВЧ), а в другое - ОЛП длиной λ/8, являющийся фильтром нижних частот (ФНЧ).The problem is achieved in that in the well-known power divider containing the input arm connected via quarter-wave OLP to the output arms, where a ballast resistor is connected between them, a high-pass filter (HPF) is inserted in one output arm and an λ / V length λ / 8, which is a low pass filter (LPF).

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 изображено изменение набега фазы от частоты; на фиг.3 изображено отклонение разности фаз выходов от значения 1,57 рад; на фиг.4 - КСВН третьего плеча при рассогласованной нагрузке в 300 м; на фиг.5 - КСВН третьего плеча при рассогласованной нагрузке в 100 Ом.Figure 1 shows the structural diagram of the proposed device; figure 2 shows the change in phase incursion from frequency; figure 3 shows the deviation of the phase difference of the outputs from the value of 1.57 rad; figure 4 - VSWR of the third shoulder with a mismatched load of 300 m; figure 5 - VSWR of the third shoulder with a mismatched load of 100 ohms.

Предлагаемый делитель мощности (фиг.1) содержит:The proposed power divider (figure 1) contains:

Входное плечо (1), подключенное через четвертьволновые ОЛП (2) к выходным плечам (3, 4), где между выходными плечами включен балластный резистор (5). ОЛП длиной λ/8 (6) подключен к выходному плечу 4. Этот отрезок длиной λ/8 (6) выполняется из ОЛП, соответствует электрической длине 45°, выполняет роль ФНЧ. Описан в: Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ. Согласующие цепи и цепи связи. М., Связь, 1972, том I, 222 с. ФВЧ (7) дуален по отношению к ФНЧ, подключается к выходному плечу 3. ФВЧ (7) представляет собой три конденсатора, включенных последовательно, между ними - две катушки индуктивности, закороченные на землю. ФВЧ описан в: Маттей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ. Согласующие цепи и цепи связи. М., Связь, 1972, том I, 222 с. Нагрузка (8, 9) подключается к 6 и 7 соответственно.The input arm (1) connected through quarter-wave OLP (2) to the output arms (3, 4), where a ballast resistor (5) is connected between the output arms. An OLP of length λ / 8 (6) is connected to the output arm 4. This segment of length λ / 8 (6) is made of OLP, corresponds to an electric length of 45 °, and acts as a low-pass filter. Described in: Matthew D.L., Young L., Jones E.M.T. Microwave filters Matching and communication chains. M., Communication, 1972, volume I, 222 p. The high-pass filter (7) is dual to the low-pass filter, it is connected to the output arm 3. The high-pass filter (7) consists of three capacitors connected in series, between them two inductors shorted to ground. HPF is described in: Matthew D.L., Young L., Jones E.M.T. Microwave filters Matching and communication chains. M., Communication, 1972, volume I, 222 p. The load (8, 9) is connected to 6 and 7, respectively.

Делитель мощности работает следующим образом:The power divider works as follows:

Если в одно из плеч делителя мощности (ДМ) включить ОЛП длиной λ/8 (6), что соответствует набегу фазы - 45°, а в другую структуру ФВЧ (7), имеющую положительное значение набега фазы, то ДМ будет обладать свойством квадратурности (фиг.2). То есть используется дуальная зависимость фазового набега в ФНЧ (6) и ФВЧ (7). Таким образом, разность фаз между двумя выходами будет составлять 90° на средней частоте диапазона, что обеспечивает квадратурность, а разность фаз (∆ϕ)в полосе частот будет меняться по закону:If one of the arms of the power divider (DM) includes an OLP of length λ / 8 (6), which corresponds to a phase incursion of 45 °, and to another HPF structure (7), which has a positive phase incidence, then the magnetic field will have the quadrature property ( figure 2). That is, the dual dependence of the phase incursion in the low-pass filter (6) and high-pass filter (7) is used. Thus, the phase difference between the two outputs will be 90 ° at the middle frequency of the range, which ensures quadrature, and the phase difference (∆ϕ) in the frequency band will change according to the law:

где f - текущая частота рабочего диапазона;where f is the current frequency of the operating range;

f₀ - центральная частота рабочего диапазона.f ₀ is the center frequency of the operating range.

Изменение набега фазы от частоты для такой комбинации приведено на фиг.2. В связи с этим, свойство квадратурное, то есть обеспечение равенства разности фаз на выходных нагрузках R_н, будет наблюдаться в более широкой полосе частот.The change in phase shift from frequency for such a combination is shown in Fig.2. In this regard, the quadrature property, that is, ensuring the equality of the phase difference at the output loads R _n , will be observed in a wider frequency band.

Таким образом, для прототипа свойства квадратурное нарушаются при расстройке от центральной частоты - фиг.3, где проиллюстрировано отклонение разности фаз выходов от значения 90º (или 1,57 рад) при частотной расстройке f/f₀ (здесь f - текущее значение частоты), для R_н=10R_входа, где R_входа - сопротивление со стороны входа. Из фиг.3 видно, что для прототипа квадратурность обеспечивается лишь в относительно узкой полосе частот, по сравнению с предлагаемым ДМ.Thus, for the prototype, the quadrature properties are violated when detuning from the central frequency - Fig. 3, where the deviation of the phase difference of the outputs from the value of 90º (or 1.57 rad) is illustrated for the frequency detuning f / f ₀ (here f is the current frequency value), for R _n = 10R _input , where R _input is the resistance from the input side. From figure 3 it is seen that for the prototype quadrature is provided only in a relatively narrow frequency band, compared with the proposed DM.

Если рассмотреть пример с частотой f₀=1 ГГц при работе на рассогласованную нагрузку в 30 Ом (фиг.4), то для уровня КСВН=1,25:If we consider an example with a frequency f ₀ = 1 GHz when working on a mismatched load of 30 Ohms (figure 4), then for the level of VSWR = 1.25:

прототип обладает относительной полосой W=26%;the prototype has a relative band of W = 26%;

предлагаемый ДМ обладает относительной полосой W=40%.the proposed DM has a relative band of W = 40%.

При работе на рассогласованную нагрузку в 100 Ом (фиг.5) для уровня КСВН=1,25:When working on a mismatched load of 100 ohms (figure 5) for the level of VSWR = 1.25:

прототип обладает относительной полосой W=35%;the prototype has a relative band of W = 35%;

предлагаемый ДМ обладает относительной полосой W=60%.the proposed DM has a relative band of W = 60%.

Таким образом, предлагаемое решение обеспечивает расширение полосы КСВН входа делителя мощности при любых значениях R_н, за счет обеспечения свойства квадратурности в широкой полосе частот.Thus, the proposed solution provides the expansion of the band VSWR input of the power divider at any values of R _n , due to the provision of the quadrature property in a wide frequency band.

Claims

Делитель мощности, содержащий входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линии передачи к выходным плечам, где между выходными плечами включен балластный резистор, отличающийся тем, что в одно выходное плечо введен фильтр верхних частот, а в другое - отрезок линии передачи длиной λ/8, являющийся фильтром нижних частот. A power divider comprising an input arm connected through quarter-wave segments of the transmission line to the output arms, where a ballast resistor is included between the output arms, characterized in that a high-pass filter is inserted in one output arm and a length of the transmission line of length λ / 8 is inserted into the other, being a low pass filter.