www.cqham.ru

\главная\р.л. конструкции\антенны\...

VHF/UHF многоканальный гибридный разветвитель мощности.

В. С. Михайлов, Д. А. Воронченко.
"Приборы и техника эксперимента" N 1, 1978.

Описан широкополосный разветвитель мощности, обеспечивающий взаимнонезависимую работу до шестнадцати потребителей от общего источника сигналов в диапазоне частот 100 — 600 МГц. Устройство выполнено из 5 разветвителей на б дБ на элементах с сосредоточенными параметрами. Используемые в устройстве гибридные автотрансформаторы на малогабаритных кольцевых сердечниках и элементы широкополосной коррекции обеспечивают при малых размерах конструкции переходное ослабление между выходами 22 — 28 дБ, собственные потери 2 — 3 дБ, коэффициент отражения на входе < 0, 35, на выходе — < 0, 38.

Эксперименты в технике широкополосного приема и обработки информации во многих случаях связаны с подключением нескольких нагрузок, имеющих произвольные входные импедансы, к общему источнику высокочастотной энергии. При этом частотные изменения импедансов, включая граничные режимы — короткое замыкание и отключение одной или нескольких нагрузок — не должны вызывать перераспределения мощности на остальных выходах и нарушать нормальную работу аппаратуры в смежных каналах. Помимо этого, разветвители выполняют и другую важную функцию: возникшее на одном или нескольких выходах напряжение генерации, источниками которого могут быть подключаемые нагрузки, ослабляются до заданного уровня на остальных выходах разветвителя.

Известно [1 - З], что гибридные автотрансформаторные схемы широкополосного деления (когерентного суммирования) мощности выгодно отличаются широкополосностью, небольшими собственными потерями, большим переходным ослаблением, а также малыми размерами и высокой надежностью. Их использование взамен широко применяемых разветвителей на усилительных элементах и резистивных делителей позволяет исключить нелинейные элементы, играющие определяющую роль при создании комбинационных помех в широкополосных трактах, и резко снизить потери. Такие разветвители обладают существенными преимуществами перед направленными ответвителями, выполненными на коаксиальных и двухпроводных линиях.

Однако использование гибридных разветвителей на сосредоточенных элементах при частотах свыше 100 МГц вызывает значительные трудности, вызванные главным образом, влиянием индуктивностей рассеяния и собственных емкостей обмоток, уменьшающих переходное ослабление между выходами и коэффициент передачи. В предложенном гибридном разветвителе мощности улучшение электрических характеристик достигается благодаря применению корректирующих элементов, вводимых в балластные цепи гибридного автотрансформатора и цепи широкополосных согласующих автотрансформаторов.

Принципиальная схема гибридного разветвителя на 6 дБ показана на рис. 1. Сигнал поступает на первую ступень на 3 дБ, составленную из гибридного автотрансформатора Тр3 и балластной цепочки R2L2, и затем с двух его выходов на средние точки согласующих автотрансформаторов Тр2 и Тр4, обеспечивающих приведение входных и выходных сопротивлений гибридного разветвителя к номинальному значению 75 Ом.

Разветвители второй ступени на 3 дБ выполнены на равноплечих гибридных автотрансформаторах Тр1 и Тр5. Балластные цепи обоих гибридов, составлены из цепочек R1L1 и R3L3. Корректирующие емкости С1 — С3 совместно с индуктивностями рассеяния соответствующих автотрансформаторов образуют фильтры нижних частот, позволяющих получить плоскую амплитудно-частотную характеристику в диапазоне частот до 600 МГц.

Оптимизация элементов гибридного разветвителя проведена по трем. основным параметрам: развязке (переходному ослаблению между выходами), собственным потерям между входом и любым из выходов, коэффициенту отражения по входу и выходу.

Теоретический анализ и эксперименты показывают, что в реальном гибридном разветвителе с паразитными параметрами Ls и Сs переходное ослабление между выходами может быть существенно увеличено, если частотная зависимость балластного импеданса совпадает (с точностью до постоянного коэффициента) с импедансом, подключенным ко входу гибридного разветвителя [2]. Для компенсации частотного изменения импеданса на выходах согласующих автотрансформаторов в балластные цепи гибридных разветвителей второй ступени включены, корректирующие индуктивности L1 и L3, выполненные на кольцевых сердечниках, однотипных с сердечниками согласующих автотрансформаторов. При возникновении генерации в одном из каналов, ток, протекающий через балластную цепь, равен по величине и противоположен по направлению току, индуктируемому во второй половине обмотки автотрансформатора, в результате чего существенно ослабляется влияние выходов гибридного разветвителя друг на друга.

Благодаря тому, что согласующие; автотрансформаторы вынесены за пределы входной и балластной цепей первой ступени гибридного разветвителя, условия достижения высокой развязки для этой ступени значительно облегчены и практически определяются точностью поддержания активной компоненты сопротивления генератора. Поскольку нарушение фазовых и амплитудных соотношений, вызывающих ухудшение развязки, зависит только от величин паразитных параметров Ls и Сs, слабо связанных со свойствами сердечника, то широкополосная развязка легко достигается при введении небольшой индуктивности L2 в балластную цепь.

Все индуктивные элементы гибридного разветвителя на 6 дБ выполнены на тороидальных ферритовых сердечниках К4 Х 2, 5 Х 1, 2 50ВЧ2. Обмотки автотрансформаторов Тр1 — — Тр5 имеют по 3 витка двойного скрученного провода' ПЭВ-2 Ф0,15 и включены последовательно. Шаг скрутки проводов равен 2 мм. Корректирующие индуктивности L1 и L3 имеют по 4 витка и L2 — 2 витка провода ПЭВ-2  Ф0,15, равномерно распределенных по тору.

При настройке гибридного разветвителя должно учитываться следующее обстоятельство:
на величину коэффициента отражения из подстроенных элементов влияют только конденсаторы С1 — С3, в то время как величина развязки определяется практически всеми элементами гибридного разветвителя и точностью поддержания выходного сопротивления источника сигналов в рабочей полосе частот.

Настройка проводится на измерителе частотных характеристик Х1-19А и измерителе комплексных коэффициентов передачи Р4-11 в следующей последовательности:

1. Вращением роторов переменных конденсаторов С1 — С3 добиваются минимальных коэффициентов отражения на входе и выходе разветвителя. При этом к свободным выходам должны быть подключены нагрузки 75 Ом.

2. Подключив прибор Х1-19А к выходам 2—3, 1—2, 3—4, подбором резисторов добиваются максимальной развязки в низкочастотной области рабочего диапазона частот. Развязка в высокочастотной области диапазона обеспечивается индуктивностями L1 — L3. Дальнейшее увеличение развязки без ухудшения коэффициента передачи в рабочем диапазоне частот может быть получено дополнительной подстройкой конденсаторов C1 — C3.

Типичные характеристики гибридного разветвителя на 6 дБ приведены на рисунке. Сопоставление корректированного и некорректированного (не имеющего индуктивностей в балластных цепях) разветвителей показывает, что выигрыш в полосе развязки увеличивается в 1, 4 — 1, 5 раза.

Размеры конструкции гибридного разветвителя на 6 дБ — 30 Х 30 х 75 мм3.

Как видно из представленных на рисунке графиков, коэффициенты отражения на входе

разветвителя < 0, 35, а на выходе — <0, 38. Параметры гибридных разветвителей разработанной конструкции хорошо воспроизводятся при серийном изготовлении.

Относительно низкие значения нескомпенсированных реактансов, сказывающихся на сужении рабочей полосы частот, позволяют решить проблему многоканального разделения мощности. Такая схема позволяет наиболее просто настраивать отдельные звенья разветвителя. Разработанный шестнадцатиканальный гибридный разветвитель, состоящий из 5 разветвителей на 6 дБ, обеспечивает монотонные частотные характеристики в диапазоне частот 100 — 600 МГц. Переходное ослабление между выходами составляет 20 — 58 дБ, собственные потери — 5—7 дБ, коэффициенты отражения на входе 0, 17 — 0, 30, на выходе 0, 17 — 0, 40.

 

 ЛИТЕРАТУРА

1. C.L. Ruthroff, Proc.IRE, 1959, 47, № 8, 1337.
2. Ю. М. Брук, Радиотехника, 1969, 24, № 12, 51,
3. Ю. М. Брук, Радиотехника, 1970, 24, № 1, 94

 
Прислал  И.А. Доброхотов (UN7GM),
Республика Казахстан, 480000, г.Алматы,
Главпочтамт, а/я 178. un7gm@qsl.net

Возврат