Направленный ответвитель.

Это восьмиполюсник, предназначенный для ответвления части мощности СВЧ во вторичную линию. Направленный ответвитель:

20 дБ – переходное ослабление;

40 дБ – направленность.

Направленный ответвитель – устройство направленной взаимосвязи двух линий: бегущая волна в первичной линии от 1 к 2 вызывает во вторичной линии бегущую волну в том же самом направлении 3-4 – сонаправленный ответвитель, или в противоположном направлении, т.е. 4-3 – противонаправленный ответвитель.

Основные параметры:

1. Рабочее затухание – отношение мощностей на входе и выходе первичной линии.

C₁₂ = 10 lg

2. Переходное ослабление – отношение мощностей на входе первичной линии и связанным с ней входом вторичной линии.

C₁₄ = 10 lg

3. Развязка – отношение мощностей на входе первичной линии и на развязанном выходе вторичной линии.

C₁₃ = 10 lg

4. Направленность – отношение мощностей на выходе рабочего и нерабочего плеча вторичной линии.

C₄₃ = 10 lg

5. Фазовые соотношения направленного ответвителя характеризуют относительную разность фаз напряжений выходного плеча. Различают синфазные, когда Dj = 0; квадратурные, Dj = 90; противофазные, Dj = 180.

Направленные ответвители классифицируют:

1) По виду связи первичной и вторичной линии передачи:

1) с сосредоточенной связью;

2) с распределенной связью;

3) со щлейфной связью.

2. По степени связи: с сильной и слабой связью.

3. По типу используемых линий.

Режим работы определяется коэффициентом передачи К по полю из первичной линии во вторичную.

Идеальная матрица рассеения:

S =

Если коэффициент связи первичной и вторичной линии мал » 1, тогда во вторичной линии появляются сильно ослабленные волны, а направленный ответвитель может использоваться для индикации режима первичной линии, например, для измерения комплексного коэффициента отражения первичной линии. Если 0 < < К < 1, тогда он используется как элемент сложного тракта разветвленных СВЧ устройств, т.е. в направленном ответвителе осуществляется деление мощности.

1. Волноводные направленные ответвители.

Различают волноводные направленные ответвители по числу элементов связи: 1) одноэлементные; 2) двухэлементные; 3) многоэлементные.

1. Одноэлементные волноводные направленные ответвители.

Элемент связи – отверстие в широкой стенке волновода.

Электрическое поле основного волновода определяет возникновение во вспомогательном волноводе двух равных по амплитуде синфазных волн , , направленных в разные стороны. Магнитное поле определяет возникновение двух равных по амплитуде противофазных волн , .

Тогда в одном направлении: + = Е₄. В другом направлении: - = Е₃ . Таким образом, ответвление мощности происходит направленно в сторону четвертого плеча. При этом данное условие выполняется для определенного угла q.

В случае двух взаимноперпендикулярных волноводов в качестве элемента связи используют крестообразное отверстие, расположенное на диагонали общей части широких стенок. Максимальная направленность реализуется при расположении отверстия вблизи стенок.

2. Двухэлементные направленные ответвители.

Используются ненаправленные элементы связи, например, отверстия в узкой стенке волновода.

Во вторичную линию 3, 4 ответвляются две волны I, , которые в плече 4 складываются синфазно, т.к. проходят одно и то же расстояние. В плече 3 они складываются в противофазе, т.к. волна проходит расстояние дополнительно 2lв/4 = lв/2 ~ 180°. Следовательно в плечо 3 мощность не ответвляется. Возможна реализация переходного ослабления больше 20 дБ.

Недостаток: узкополосность.

3. Многоэлементные направленные ответвители.

Используется число элементов связи меньше двух. При этом расстояние между ними lв/4. Переходное ослабление меньше 10 дБ. Направленность – порядка 35 дБ. Используются в широкополосных устройствах.

2. Направленные ответвители на полосковой линии.

Направленный ответвитель на связанных линиях состоит из отрезков линий, связанных электромагнитной связью, причем длина области связи составляет нечетное число lв/4.

С боковой связью:

С лицевой связью:

В линии 1, 2 распространяющаяся волна определяет возникновение в линии 3, 4 двух волн, которые в плече 3 складываются синфазно, а в плече 4 – противофазно – направленный ответвитель – противонаправленный.

Расчет параметров S, W_св, l основывается на значениях волновых сопротивлений двух возникающих волн:

- синфазной:

Z₀₁ = Z₀ ;

- противофазной:

Z₀₀ = Z₀ ,

где Z₀ – волновое сопротивление основной линии (например, 50 Ом).

Величина связи между линиями мало зависит от частоты, поэтому, с точки зрения направленности и согласования, такой ответвитель является широкополосным устройством с полосой равной октаве (f_в/f_н = 2). Количественное значение направленности определяется точностью изготовления и согласованием выходных плеч. Реальная величина направленности – порядка 20 дБ. Величина переходного ослабления, в первую очередь, определяется зазором S между линиями. В полосковых линиях не удается получить переходное ослабление меньше 6 дБ из-за технологических трудностей, т.к. в этом случае S должно быть порядка 10 мкм.