Как сделать направленный ответвитель

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 04.10.2024

Кнадратурные гибридные устройства (шлейфные направленные ответнители (ШНО) в технике СВЧ используются достаточно давно (см., например, [284—290]). Обычно ШНО предстанляет собой структуру, реализонанную за счет соединения двух ЛП с помощью днух и более шлейфон, причем их длина и расстояние между ними берутся ранными четнерти длины нолны. Недостатком такого рода устройстн янляется трудность технологической реализации крайних шлейфон ШНО при увеличении полосы рабочих частот [248]. Однако наряду с этим недостатком ШНО обладает весьма полезным качестном, заключающимся в смежном расположении ныходных плеч. Это обстоятельство позволяет решить многие проблемы при проектировании на осноне ШНО преобразонателей частоты, где требуется суммирование преобразованных сигналон.

Рис. 4.14. Шлейфный направленный ответвитель (а); частотные характеристики (б): сплошные кривые — с числом шлейфов, равным 3; штриховые — 4

Отмеченный выше недостаток ШНО (трудность реализации крайних шлейфон) можно исключить, используя при этом ОИС принцип построения СВЧ модуля. При этом нысокоомные крайние шлейфы можно реализонать на НЩЛ, а нвзкоомные — на НПЛ [291] (рис. 4.14,а). Выполнение крайних шлейфов на НЩЛ позноляет реализонать ШНО с чжслом шлейфов больше трех.

2. Анализ ШНО.

Полный электродинамический анализ ШНО является весьма сложным, и поэтому здесь мы снова воспользуемся методом эквивалентных схем. Проведем расчет ШНО, основываясь на методе зеркальных отображении: заменим восьмиполюсник двумя парами простейших четырехполюсников, соответствующих четному и нечетному внду возбуждения. Известный вид матриц передачи четырехполюсников позволяет непосредственно перейти к волновой матрице рассеяния четырехшлейфного НО [292]:

где Выражения (1) дают коэффициенты для центральной частоты диапазона. Полная волновая матрица рассеяния ШНО имеет громоздкий вид поэтому здесь не приводится. Результаты численного расчета согласованных трех и четырех- ШНО [80] показаны на рис. 4.14,6. Из сравнения кривых видно, что при увеличении числа шлейфов полоса рабочих частот заметно растет.

Иная конструкция ШНО предложена в работе [237]; при этом расстояния между четвертьволновымп шлейфами (НПЛ и СЩЛ) равны нулю (рис. 4.15,а). Достаточно детальный анализ работы такого устройства проведен в [293, 294]. Для исключения излучения с торцов разомкнутого шлейфа на СЩЛ используются дополнительные шлейфы в виде круга, вырезанного в слое металла [295]. Для исключения нежелательных типов колебаний шлейф на НПЛ разделен на два шлейфа, огибающих б); таким образом, образуется порядок включения шлейфов на НПЛ последовательно, на СЩЛ - параллельно и НПЛ - последовательно. Эквивалентная схема ШНО представлена на рис. 4.16, б.

Поясним принцип работы ШНО (рис. 4.16, б). При возбуждении, например, плеча 1 сигнал распространяется в плечо четвертьволновые шлейфы. В плечо 2 сигналы прпходят в фазе и соответственно возбуждают его с амплитудой, равной амплитуде волны возбуждения в плече 31 а в плечо 4 — в протпвофазе. Следовательно, плечо 4 оказывается развязанным относительно плеча Разность пути прохождения сигнала в плечи составляет что удовлетворяет условию квадратурности ШНО.

Для широкого использования ШНО в ОИС необходим набор устройств с входными плечами, выполненными на разных типах

ЛП, расположенных в различных слоях диэлектрика. Рассмотрим новый класс широкополосных ШНО [296].

Рис. 4.15. Шлейфные направленные ответвители с плечами на НПЛ , СЩЛ (в, д, е, ж), КЛ (г) и НЩЛ (з): 1 - НПЛ; 2 - СЩЛ; 3 - НЩЛ; 4 - КЛ; 5 — шлейф; 6 — гальваническая перемычка

Конструкция ШНО на СЩЛ, приведенная на рис. 4.15, в, выполнена на четвертьволновых шлейфах в последовательности Для создания в точке включения НПЛ режима короткого замыкания за СЩЛ включены четвертьволновые разомкнутые шлейфы на НПЛ.

Рис. 4.16. Эквивалентная схема шлейфного направления ответвителя (а) и ответвителя с дополнительными четвертьволновыми шлейфами (6)

ШНО с токонесущими проводниками, расположенными на одной стороне подложки, реализуются на КЛ. Крайние шлейфы выполняются также на КЛ, а средний — на СЩЛ с короткозамыкателями в виде круга, вырезанного в слое металла (рис. 4.15,г).

Реализация нескольких вариантов ШНО по эквивалентной схеме рис. 4.16, а показана на рис. 4.15, д- з. В конструкциях ШНО с входными плечами на СЩЛ (рис. 4.15, д), на СЩЛ, расположенных но разные стороны подложки (рис. 4.15, е), на комбинации СЩЛ и НЩЛ (рис. 4.15, ж) крайние шлейфы на НПЛ соединяются между собой и слоем металла входных плеч с помощью металлической перемычки через отверстие в толще подложки. Перемычки вносят в схему ШНО индуктивную проводимость и поэтому уменьшают полосу рабочих частот, но влияние ее меньше, чем проводимости короткозамыкателей в устройствах, приведенных на рис. 4.15, б - г.

Наиболее полно соответствует эквивалентной схеме рис. 4.16, а ШНО на НЩЛ (рис. 4.15, а) со структурой шлейфов типа НПЛ - СЩЛ - НПЛ. К входным плечам ШНО могут подключаться согласующие цепи и активные элементы с любой стороны подложки. Последнее обстоятельство важно при построении ОИС СВЧ. Отсутствие навесных перемычек короткозамыкателей позволяет использовать данное устройство в весьма обширной частотной области (вплоть до миллиметрового диапазона волн).

Аналитический расчет волновой матрицы рассеяния проведем для эквивалентной схемы (рис. 4.16,а), используя при этом метод зеркального отображения. Коэффициенты матрицы рассеяния (без учета потерь в на резонансной частоте имеют вид [296]:

где нормированные проводимости крайних и средних шлейфов.

Согласование и развязка противоположных плеч определяются из (2):

Условие равного деления мощности между плечами 2 и 3: имеет вид

Решая совместно систему уравнений (3) и (4), получим необходимые для реализации -децибельных ШНО значения проводимостей четвертьволновых шлейфов:

При выполнении условия (3), воспользовавшись методом зеркального отображения, получим коэффициенты волновой матрицы

рассеяния в зависимости от электрической длины шлейфов 26:

где Анализ выражений (6) позволяет заключить, что согласование входных плеч, развязка противоположных плеч и разность фаз сигналов в выходных плечах не зависят от частоты

В ряде случаев реализовать топологию ШНО по эквивалентной схеме рис. 4.16, а не удается. Поэтому для обеспечения режима холостого хода в точке включения последовательного четвертьволнового шлейфа используется короткозамыкатель (рис. 4.16, б) с входной проводимостью

где нормированная проводимость и электрическая длина короткозамыкателя. Коэффициенты волновой матрицы рассеяния данной эквивалентной схемы определяются так:

где и коэффициенты волновой матрицы передачи для четных и нечетных типов колебаний:

Коэффициенты волновой матрицы рассеяния (8) имеют наглядно выраженную частотную зависимость по сравнению с коэффициентами в форме (6). На резонансной частоте выражения (8) и (6) полностью совпадают.

3. Численные результаты. Эксперимент. Численные расчеты частотных характеристик ШНО были проведены при следующих допущениях: дисперсией и изменением характеристической

проводимости НПЛ, НЩЛ и СЩЛ пренебрегаем; трансформация типов волн при переходе с одного типа ЛП на другой осуществляется без потерь. Это оправдано тем, что экспериментальные исследования проводились в длинноволновой части сантиметрового диапазона, где справедливо квазистатическое приближение, а волны высших типов на неоднородностях в виде включения разнотипных ЛП не возникают.

Рис. 4.17. Частотные характеристики шлейфного направленного ответвителя: а) коэффициентов стоячей волны; б), в) коэффициентов передачи; г) сдвига фазы между выходными плечами: сплошные кривые — расчет; точкж — эксперимент по схеме рис. 4.16, а; штриховые кривые — по схеме рис. 416, б

Результаты численного расчета частотной характеристики коэффициента стоячей волны (рис. 4.17,а), деления мощности (рис. 4.17, б), развязки противоположных плеч (рис. 4.17, в) и разности фаз сигналов в выходных плечах (рис. 4.17, г) приведены согласно (6) и (8). Сплошные кривые I соответствуют значениям по (6), а кривые II— (8), причем в расчетах кривой II выбирались параметры короткозамыкателя наихудшими по частотным характеристикам т. е. четвертьволновый короткозамыкатель является продолжением ШНО (рис. 4.15, в). Кривая I описывает наилучшие частотные характеристики ШНО. (рис. 4.15, а). Таким образом, приведенные на рис. 4.15 ШНО имеют частотные

характеристики, не выходящие за пределы заштрихованной области между кривыми I и II.

Сравнение результатов расчета (кривые I) с экспериментальными данными (на графиках они показаны штриховыми линиями) для макета ШНО (рис. 4.15, а) указывает на их практическое совпадение, что свидетельствует о правильности выбора расчетной эквивалентной схемы. Результаты экспериментальных данных, полученных на макетах ШНО, имеющих металлические перемычки через отверстия в подложках (рис. 4.15,3 - ж), в данном диапазоне частот совпадают с частотными характеристиками для макета, приведенного на рис. 4.15,з.

Следует заметить, что упомянутые теоретические результаты безусловно идеализированы, так как получены в предположении, что электрические длины параллельно и последовательно включенных шлейфов равны в широком диапазоне частот:

а их нормированные волновые проводимости удовлетворяют условию согласования

Степень приближения параметров ШНО к идеальным определяется точностью выполнения условий (10), (11) в частотном диапазоне. Учитывая, что шлейфы выполняются на разных типах линий, условие (10) физически не реализуемо из-за отличия типов распространяющихся волн, имеющих различную дисперсию. Условие (11) также трудно выполнить из-за присутствия конструкторско-технологических допусков на поперечные размеры линий при изготовлении ШНО. Поэтому при проектировании представляет интерес знание влияния ошибок в реализации на выходные характеристики ШНО. Полный учет ошибок всех параметров представляет сложную многопараметрическую задачу, а полученные результаты нелегко изобразить наглядно.

Обратимся к последовательности расчета ШНО и вспомним, что на нервом этапе условие (10) предполагается выполненным, а величины выбираются, исходя из условия (11) и обеспечения требуемой величины переходного ослабления. Точность реализации полученных величин определяется методикой расчета размеров ЛП по заданному волновому сопротивлению и возможностями

совремеппой технологии изготовления. Воспользуемся коэффициентами матрицы рассеяния (2) и построим в координатах семейство кривых постоянных значений переходного ослабления С12 (рис. 4.18, а — штриховой линией выделены кривые Точки пересечения кривых с линией идеального согласования позволяют определить значения необходимые для реализации согласованного ШНО с заданным переходным ослаблением.

Рис. 4.18. Зависимость коэффициентов стоячей волны и передачи от волновых проводимостей шлейфов (а) и их электрических длин (б)

Это же семейство кривых определяет поле допусков волновых проводимостей при заданном разбросе выходпых характеристик. Например, заштрихованная область является полем допусков для при требовании обеспечения

Полученные из расчета (рис. 4.18, а) волновые проводимости шлейфов определяют (кроме их геометрических размеров) эффективные диэлектрические проницаемости, которые оказываются неравными. Поэтому условие (10) нарушается. Многочисленные расчеты показали, что ухудшение характеристик НО связано с неравенством электрическпх длин шлейфов. Особенно это сказывается на величинах согласования и развязки ШНО, показанных на рис. 4.18, б. Следует отметить, что наблюдается смещение центральной Частоты переходного ослабления. Это объясняется выполнением условия на различных частотах поэтому центральная частота примерно равна их среднему арифметическому значению

Из вышесказанного следует, что трудности, связанные с выполнением условия (11), будут устранены после разработки строгих электродинамических методов расчета волновых сопротивлений линий и совершенствования технологии изготовления. Для выполнения же условия (10), связывающего различные структуры

электромагнитных волн в используемых ЛП, необходимо вводить дополнительные меры по выравниванию электрических длин шлейфов.

Наиболее простым является метод увеличения геометрической длины электрически более короткого шлейфа [294] либо введение в конструкцию ШНО компенсирующих проводимостей в виде шлейфов [297—301], методика расчета которых изложена в гл. 2.

Рассмотрим конструкции направленных ответвителей (НО) - основных СВЧ-элементов, используемых при измерениях параметров рассеяния по методу разделения волн. От свойств НО зависит точность, чувствительность (диапазон измерений) и широкополос- ность анализаторов цепей СВЧ.

5.2.1. Свойства направленных ответвителей (НО)

Главное требование, предъявляемое к направленному ответвителю, - это способность выделить сигнал, пропорциональный только одной из волн, распространяющихся в измерительном тракте.

На рис 5. 3 показано условное обозначение направленного ответвителя и распределение волн на его портах (входах, плечах).

Рис. 5.3. Условное обозначение направленного ответвителя и сигналы на его портах (входах, плечах)

При подаче сигнала на порт 1 (основной вход) мощность подаваемого сигнала делится между портом 2 (основной выход) и портом 3 (дополнительный выход или измерительное плечо). Имеется ещё изолированный выход (или развязанное плечо) 4.

При этом в идеальном НО подаваемый сигнал не попадает в порт 4 (условие изолированного выхода или развязанного плеча), а также не отражается от порта 1 (условие согласования НО).

В силу взаимности и симметрии идеального НО аналогичные свойства проявляются и при подаче сигнала на другие порты. Меняется только нумерация основного, дополнительного и развязанного плеч.

Матрица рассеяния идеального взаимного НО выглядит следующим образом:

Все диагональные элементы матрицы - нулевые, что соответствует согласованию всех входов идеального направленного ответвителя.

Для реального НО все элементы в матрице рассеяния - ненулевые.

5.2.2. Параметры направленных ответвителей (НО)

Рабочим параметром направленного ответвителя является переходное ослабление (коэффициент связи) С, которое выражается в положительных децибелах и определяется следующим выражением:

Переходное ослабление показывает, какая часть полной мощности Pi сигнала волны падающей на основной вход 1 ответвляется с помощью НО в дополнительный выход (в измерительное плечо) 3.

Различают НО с сильной связью (С 10 дБ). (Чем меньше связь, тем меньше часть мощности, попадающая в измерительное плечо 3, тем больше по модулю логарифм отношения мощностей и тем больше переходное ослабление.)

Конструкция НО и его размеры выбирают исходя из заданного переходного ослабления.

Ещё одним параметром направленного ответвителя являются потери НО.

Потери НО учитывают уменьшение мощности Pi падающей волны в основном выходе 2 (за счет ее ответвления в дополнительное плечо 3) и определяются похожим отношением мощностей, выражаемом в децибелах:

Из закона сохранения энергии следует, что |S₂il 2 +IS31I 2 = 1 , поэтому переходное ослабление С и потери А идеального НО связаны между собой:

Выбор переходного ослабления (коэффициента связи) НО для измерителя параметров рассеяния осуществляют исходя из следующих соображений.

При сильной связи будет сильнее влияние НО на волновые процессы в измерительном тракте. Кроме того, НО с сильной связью труднее реализовать.

При слабой связи уровень измерительных сигналов слишком мал, поэтому уменьшается чувствительность измерителя и его помехоустойчивость.

На практике в измерителях СВЧ-параметров применяют направленные ответвители со слабой связью - с переходным ослаблением 15. 20 дБ и более.

Свойства реального НО описывают дополнительными параметрами - направленностью и развязкой.

Развязка НО выражается в децибелах и показывает долю входной мощности, попадающей из входного порта 1 в изолированный выход (развязанное плечо) 4:

Направленность НО выражается в децибелах и отражает соотношение мощностей в дополнительном выходе (измерительном плече) 3 и в изолированном выходе (развязанном плече) 4:

Направленность определяет динамический диапазон измерителя.

Например, для рефлектометра направленность НО задает минимальный уровень коэффициента отражения, который можно измерить с этим направленным ответвителем.

Согласование НО характеризуют величиной КСВН входного порта НО при установленных согласованных нагрузках во всех остальных портах НО.

Для одинарных НО, т.е. для ответвителей, предназначенных для выделения только одного сигнала, согласованную нагрузку устанавливают в развязанном плече. Часто эта нагрузка выполняется несъемной и устанавливается при изготовлении НО.

Если параметры нагрузки неидеальны, то волна, отраженная от нагрузки, меняет соотношение измеряемых волн. Поэтому КСВН нагрузки в развязанном плече является важным параметром такого направленного ответвителя.

5.2.3. Конструкции направленных ответвителей (НО)

Кратко рассмотрим наиболее распространенные конструкции направленных ответвителей, используемых в измерителях S-параметров (параметров рассеяния).

В коаксиальных измерительных трактах используют НО на связанных линиях с Т-волнами (рис. 5.4, а).

Они обладают широкой рабочей полосой и технологичны, особенно при реализации на полосковых линиях (с коаксиальнополосковыми переходами).

Такие НО являются примером противонаправленных устройств, так как в них развязанное плечо 4 и дополнительное плечо 3 меняются местами по сравнению с рис. 5.3.

Выбором длины и расстояния между проводниками подбирают необходимое переходное ослабление.

Другой вариант - шлейфный ответвитель (рис. 5.4, б). Он состоит из четырех отрезков линий передачи (полосковых или коаксиальных), образующих почти квадрат. Поэтому его иногда называют квадратный мост.

Рис. 5.4. Схемы коаксиальных и полосковых направленных ответвителей: а - НО на связанных линиях; б - шлейфный ответвитель; в - гибридное кольцо

Длина каждого отрезка линий равна четверти длины волны на центральной рабочей частоте. При этом волны, попадающие в плечо 4, являются противофазными и поэтому вычитаются, чем достигается развязка этого плеча.

Волновые сопротивления Z_a и Z_b отрезков линий подбирают так, чтобы обеспечить нужное переходное ослабление, которое определяется соотношением волновых сопротивлений:

Согласование ответвителя обеспечивается выполнением следующих соотношений между волновыми сопротивлениями:

Гибридное кольцо (рис. 7.4,в) отличается от шлейфного ответвителя тем, что длина отрезка между плечами 1 и 2 увеличена на половину длины волны.

Гибридное кольцо - это противонаправленный ответвитель (в нём назначение плеч другое, чем в шлейфном мосте).

Переходное ослабление такого НО зависит от соотношения волновых сопротивлений отрезков линий:

Согласование плеч определяется условием При выполнении условия

входная мощность делится пополам, и ответвитель имеет переходное ослабление 3 дБ.

Описанные НО часто называют мостами. Их используют в качестве широкополосных делителей мощности.

Для волноводных трактов используют направленные ответвители на связанных волноводах со щелями.

Многощелевой направленный ответвитель показан на рис. 5.5, а).

Рис. 5.5. Волноводные направленные ответвители: а - многощелевой НО; б - щелевой мост

Он представляет собой два волновода, соединенных по широкой стенке несколькими отверстиями или щелями связи. Конфигурация отверстий, их количество и расположение выбирают, исходя из требуемого переходного ослабления, рабочей полосы и согласования ответвителя. Как правило, в развязанном плече предусматривают встроенную согласованную нагрузку.

Щелевой мост (рис. 5.5,6) имеет более простую конструкцию и представляет собой два волновода, с общей узкой стенкой, в которой прорезано окно на всю высоту. Длина окна подбирается так, чтобы обеспечить заданное переходное ослабление между плечами 1 и 3. Плечо 4 является развязанным. Цилиндрический штырь в центре области связи используют для согласования плеч НО.

Недостатком щелевого моста является узкая рабочая полоса частот, которая составляет 10 . 15 % от центральной частоты.

Направленный ответвитель — это устройство, которое измеряет небольшое количество микроволновой энергии для целей измерения. Измерения мощности включают падающую мощность, отраженную мощность, значения КСВН и т. Д.

Направленный ответвитель представляет собой 4-портовый волноводный переход, состоящий из первичного основного волновода и вторичного вспомогательного волновода. На следующем рисунке показано изображение направленного ответвителя.

Направленный ответвитель используется для подключения микроволновой мощности, которая может быть однонаправленной или двунаправленной.

Свойства направленных ответвителей

Свойства идеального направленного ответвителя состоят в следующем.

Все окончания соответствуют портам.

Когда питание передается от порта 1 к порту 2, некоторая его часть подключается к порту 4, но не к порту 3.

Поскольку это также двунаправленный ответвитель, когда питание передается от порта 2 к порту 1, некоторая его часть подключается к порту 3, но не к порту 4.

Если питание подается через порт 3, часть его подключается к порту 2, но не к порту 1.

Если питание подается через порт 4, часть его подключается к порту 1, но не к порту 2.

Порты 1 и 3 разъединены, так же как и порт 2 и порт 4.

Все окончания соответствуют портам.

Когда питание передается от порта 1 к порту 2, некоторая его часть подключается к порту 4, но не к порту 3.

Если питание подается через порт 3, часть его подключается к порту 2, но не к порту 1.

Если питание подается через порт 4, часть его подключается к порту 1, но не к порту 2.

Порты 1 и 3 разъединены, так же как и порт 2 и порт 4.

В идеале выходной порт 3 должен быть нулевым. Тем не менее, практически, небольшое количество энергии, называемой обратной мощностью , наблюдается в порту 3. На следующем рисунке показан поток мощности в направленном ответвителе.

P i = мощность инцидента в порту 1

P r = Полученная мощность в порту 2

P f = Прямое связанное питание в порту 4

P b = обратная мощность в порту 3

P i = мощность инцидента в порту 1

P r = Полученная мощность в порту 2

P f = Прямое связанное питание в порту 4

P b = обратная мощность в порту 3

Ниже приведены параметры, используемые для определения производительности направленного ответвителя.

Коэффициент сцепления (C)

Коэффициент связи направленного ответвителя — это отношение падающей мощности к прямой мощности, измеренное в дБ.

C = 10 l o g 10 f r a c P i P f д Б

Направленность (D)

Направленность направленного ответвителя — это отношение прямой мощности к задней мощности, измеренное в дБ.

D = 10 l o g 10 f r a c P f P b д Б

изоляция

Он определяет директивные свойства направленного ответвителя. Это отношение падающей мощности к задней мощности, измеренное в дБ.

I = 10 l o g 10 f r a c P i P b д Б

Изоляция в дБ = Коэффициент связи + Направленность

Направленная муфта с двумя отверстиями

Это направленный ответвитель с теми же основными и вспомогательными волноводами, но с двумя небольшими отверстиями, которые являются общими для них. Эти отверстия находятся на расстоянии l a m b d a g / 4 , где λg — длина волны гида. На следующем рисунке показано изображение направленного ответвителя с двумя отверстиями.

Направленный ответвитель с двумя отверстиями разработан для удовлетворения идеального требования направленного ответвителя, который состоит в том, чтобы избежать обратной мощности. Некоторая часть электроэнергии, проходя между портом 1 и портом 2, выходит через отверстия 1 и 2.

Величина мощности зависит от размеров отверстий. Эта мощность утечки в обоих отверстиях находится в фазе в отверстии 2, суммируя мощность, вносящую вклад в прямую мощность P _f . Тем не менее, он находится в противофазе в отверстии 1, компенсируя друг друга и предотвращая возникновение обратной мощности.

Следовательно, направленность направленного ответвителя улучшается.

Волноводные соединения

Поскольку волноводная система не всегда может быть собрана в единый элемент, иногда необходимо объединить разные волноводы. Это соединение должно быть тщательно сделано, чтобы предотвратить такие проблемы, как — эффекты отражения, создание стоячих волн, увеличение затухания и т. Д.

Соединения волновода, помимо того, что избегают неровностей, должны также учитывать структуру полей E и H, не затрагивая их. Существует много типов волноводных соединений, таких как фланцевое соединение с болтом, фланцевое соединение, воздушное соединение и т. Д.

Starting in 1996, Alexa Internet has been donating their crawl data to the Internet Archive. Flowing in every day, these data are added to the Wayback Machine after an embargo period.

CityRadio
все о гражданской радиосвязи

Измерительные приборы

Коаксиальный направленный ответвитель

Направленный ответвитель (НО) — это устройство, позволяющее ответвить часть энергии, проходящей по фидеру, таким образом, что при одном направлении распространения электромагнитной волны сигнал на выходе ответвителя Uотв. = Uф/Кu (Uф - напряжение на фидере, Кu — коэффициент деления ответвителя), а при противоположном направлении распространения — Uотв. = 0. Известно много различных вариантов выполнения направленных ответвителей, но большинство из них имеют один общий недостаток — они отпоетельно узкополосны. Это заставляет при использовании НО, например, в измерителях КСВ вводить регулировку чувствительности.

Описываемый коаксиальный направленный ответвитель позволяет измерять КСВ в полосе частот от 1 до 500 МГц, мощность в фидере вне зависимости от значения КСВ в указанной полосе частот, исследовать ВЧ тракты на наличие неоднородностей в разъемных соединениях и фидере (до долей процента), определять с высокой степенью точности местонахождения пробоев, замыканий, разрывов и т.п. в кабеле и других элементах ВЧ трактов, использовать в системах полудуплекса и т.д.

НО состоит из датчиков тока и напряжения и сумматора. Упрощенная эквивалентная схема приведена на рис. 1 в тексте, где Iф обозначает ток в фидере (знак зависит от направления распространения волны), r - волновое сопротивление кабеля, R1, R2 - резисторы в датчике напряжения, R3 - в датчике тока. Если R1>>R2 = r >>R3, математическое описание работы устройства существенно упрощается. В итоге получается, что Uотв. = (Uф ±Uф)/2Кu где Ku = r /R3 = R1/ r - коэффициент деления НО. Таким образом, для волны, распространяющейся в прямом направлении, Uотв. = Uф/Ku а для волны, распространяющейся в противоположном направлении, Uотв. = 0.

Широкополосность описываемого НО обусловлена оригинальным конструктивным исполнением (см. рис. 1 цветной).

Датчик тока выполнен в виде одновиткового трансформатора тока, образованного внутренней центральной жилой фидера (первичный виток) и специальной полостью в экране, играющей вместе с оплеткой фидера роль вторичного витка. Магнитная связь между внутренним объемом фидера, в диэлектрике которою распространяется электромагнитная волна, и полостью создается за счет разрыва оплетки фидера внутри полости. Вторичный виток нагружен на шунт, выполненный из резисторов, равномерно расположенных по периметру разрыва. На эквивалентной схеме они также обозначены как R3.

При таком конструктивном исполнении паразитная индуктивность щунта пренебрежимо мала по сравнению с индуктивностью отрезка фидера. На низких частотах R3 должно быть меньше или равно w Lт , где w - низшая частота сигнала. Lт — индуктивность вторичного витка трансформатора. Для увеличения Lт, применен замкнутый магнитопровод из ферритовых колец, надетых на оплетку фидера рядом с ее разрывом.

Датчик напряжения представляет собой резистивный делитель R1R2, включенный между центральным проводником фидера и выходом датчика тока, что и создает режим направленного ответвления.

Делитель R1R2 включен параллельно фидеру, датчик тока R3 — последовательно. Такая Г-образная цепочка обеспечивает согласование в широкой полосе частот и некоторое постоянное ослабление сигнала, проходящего по фидеру, исключая при этом частотные искажения проходящего и ответвленного сигналов.

Практическая конструкция, предназначенная для измерения КСВ и мощности в фидере, выполнена в виде двух встречно включенных НО, как показано на рис. 2 (цветном). Экран, играющий одновременно роль несущей конструкции, спаян из фольгпрованного стеклотскстолита. Размеры экрана некритичны. Предлагаемая конструкция рассчитана на применение фидера с волновым сопротивлением 50 Ом и максимальную мощность передатчика около 200 Вт при КСВ меньше или равном 4. При меньших значениях КСВ допустимая мощность пропорционально увеличивается, при больших - снижается. Коэффициент деления ответвленных сигналов выбран Ку = 100.

Rl составлен из четырех последовательно включенных резисторов МЛТ-1 сопротивлением 1,2 и 1,3 кОм - по 2 резистора (см. рис. 3 цветной). R3 выполнен из 15 резисторов МЛТ-0,5 сопротивлением 7,5 Ом. размещенных равномерно по периметру оплетки кабеля в два ряда и плотно прилегающих к диэлектрику (см. рис. 4 цветной). R2 представляет собой два включенных параллельно резистора МЛТ-0,25 номиналом 100 Ом, расположенных на высоте 1,5. 2 мм над резисторами датчика тока и на расстоянии 3. 5 мм друг от друга. Прежде чем подключать резисторы, следует убедиться в том, что они не имеют спиральной токопроводящей канавки, заметно увеличивающей паразитную индуктивность. Расстояние от R1 до экрана должно быть не менее 15. 20 мм. Ферритовые кольцевые магнитопроводы проницаемостью 600. 4000 при использовании кабеля РК50-7-11 должны иметь внутренний

диаметр 8. 15 мм. НО может быть выполнен непосредственно на имеющемся фидере, в любом его месте.

При изготовлении НО оплетка должна плотно и равномерно прилегать по всей длине к диэлектрику, для чего используют бандаж из тонкой проволоки или нити.

Конструкция прибора получается достаточно простой, если применить приборно-кабельные разъемы. Если же их нет, то можно использовать приборные разъемы, приемы соединения которых с НО приведены на рис. 2 в тексте. Вариант А может быть рекомендован при работе на частотах до 30 МГц, Б и В — на частотах до 500 МГц. Конус (см. вариант B) при этом либо образуется оплеткой кабеля, либо изготавливается из листовой меди, латуни и т. п. Оплетку жестко фиксируют на срезе внутреннего диэлектрика кабеля прижимом, а оставшуюся часть расплетают. Распрямленные проводники равномерно распределяют по периметру. Больший диаметр конуса некритичен и определяется размером задней части разъема. Необходимый электрический контакт достигается пайкой по всему периметру.

Если подобрать резисторы датчиков тока, напряжения и сумматора с точностью ±1 % от указанных номиналов. то налаживать устройство не нужно. В противном случае желательно подобрать один из резисторов в датчике тока по минимальному значению Uотр. Отметим, что эти меры необходимы только при измерении очень малых значений КСВ, меньших, чем 1,05.

Опытный образец, выполненный без предварительного подбора деталей и настройки, показал следующие результаты; диапазон рабочих частот составил 0,3. 500 МГц. Коэффициент деления был равен 100 ±5. На частоте 30 МГц коэффициент направленности ухудшался на 2%. на 500 МГц — на 5%. Магнитопровод состоял из 30 колец типоразмером К20Х10Х6 из феррита с проницаемостью 1000. Поскольку в любительской связи нижняя граница используемых частот составляет 1,8 МГц, то число колец можно уменьшить до 6 - 7.

Схема подключения измерительных приборов показана на рис. 3 в тексте. На ней Р1 и Р2 — высокочастотные вольтметры или осциллографы с входным сопротивлением 50 Ом и полосой пропускания, допускающей измерение максимальной частоты исследуемого тракта.

При определении местоположения неоднородностей в фидере (в том числе обрывов или замыканий) с помощью двухлучевого высокочастотного осциллографа измеряют временной интервал между зондирующим и отраженным прямоугольными короткими импульсами и, учитывая скорость распространения электромагнитной волны в кабеле (приблизительно 2х10^8 м/с), вычисляют искомое расстояние от НО до неоднородности.

Следует отметить, что в случае применения коаксиального направленного ответвителя только на УКВ, где используются существенно меньшие мощности, можно расширить диапазон его рабочих частот вверх. Для этого необходимо уменьшить Ку до 10. 20, применить для R3 резисторы МЛТ-0,125, расположенные в один ряд, R1 заменить на один резистор типа МЛТ-0,5 или МОН и сделать делитель датчика напряжения частртно компенсированным (для нейтрализации паразитной емкости резистора R1). Эти меры позволяют достичь верхней границы в 1. 1.5 ГГц.

Ю. Куриный (UA9ACZ), мастер спорта СССР, В. Пильский г. Челябинск, г Москва. Авторское свидетельство N346770, бюллетень N 23 от 26.07.72. Радио N9, 1982г.

Телевизионный краб (сплиттер, сумматор, разветвитель) – это радиотехническое устройство, предназначенное для подключения к одному или нескольким источникам телевизионного сигнала (кабельной сети, обыкновенной или спутниковой антенне) нескольких приемных устройств (телевизоров, видеозаписывающих устройств).

Конструкция разветвителя представляет собой плоскую коробку с заклепанными по углам четырьмя буксами с резьбой. Сверху коробка закрывается крышкой, сделанной из листа фольгированного стеклотекстолита, четырьмя винтами. Крышку можно сделать из любого металла, железа, латуни, таким образом, обеспечивается экранирование деталей разветвителя.

На крышке, с помощью винтами М2,5 и гайками закреплены три стандартных телевизионных разъема старого типа. Радиальные выводы разъемов припаиваются непосредственно к крышке. Таким образом, они соединяются между собой и обеспечивается электрический контакт с экраном.

Непосредственно на центральных выводах телевизионных разъемов навесным монтажом распаяны детали разветвителя.

Хоть и прошло с тех пор не один десяток лет, но электрическая принципиальная схема разветвителя не изменилась и все современные телевизионные крабы и сплиттеры сделаны по такой же электрической схеме. На фотографии принципиальная схема разветвителя для подключения двух телевизоров.

Для согласования между центральными выходами разъемов XW2 и XW3 установлен резистор номиналом 150 Ом. Трансформатор Т1 можно изготовить самостоятельно, намотав равномерно по кругу в два провода провод диаметром 0,2-0,3 мм на ферритовое кольцо проницаемостью 600-2000 наружным диаметром 7-10 мм. При распайке выводов трансформатора нужно соблюдать фазировку, начало обмоток обозначены точкой.

Этот разветвитель я и сейчас иногда использую, когда надо подключить два стоящих рядом телевизора для сравнения качества картинки или настройки.

Хоть в крабе и установлены розетки советского производства, но к нему можно подключать штекеры как советского производста, так и современные F-разъемы. При самостоятельном изготовлении телевизионного разветвителя можно вместо морально устаревших разъемов, установить современные телевизионные F-разъемы.

Как сделать телевизионный краб из подручного материала

Вы, наверное, удивились и подумали, что металлическая коробка с леденцами делает на странице о самостоятельном изготовлении телевизионного краба.

Да, это действительно коробка от леденцов, но их там уже нет, так как из нее сделан самодельный телевизионный краб, по техническим параметрам не уступающий любым другим промышленного производства.

Если открыть крышку и заглянуть в коробку, то сразу станет все понятно. Это самодельный телевизионный краб, выполненный по выше приведенной электрической принципиальной схеме, но вместо разъемов, соединения проводов выполнены методом пайки.

Такая конструкция краба вполне оправдана, телевизионный краб является стационарным устройством, устанавливается один раз и в дальнейшем место его установки менять не приходится. И самое главное, такой телевизионный краб можно сделать из любой металлической коробки от сапожного рема, конфет, кофе. Размер не имеет значения, главное чтобы вместились скобки крепления антенного кабеля и несколько радиоэлементов.

Для изготовления телевизионного краба необходимо в коробке сделать на уровне дна отверстия под телевизионный кабель и в дне коробки для крепежных скобок. Если стенки коробки тонкие, то отверстия лучше не высверливать, а продавить. Сначала проткнуть шилом, затем в полученное отверстие вставить жало маленькой отвертки и вращая надавливать. Отверстие будет увеличиваться. Меняя размер инструмента довести диаметр отверстия до внешнего диаметра телевизионного кабеля. Прижимные планки изготовить из любого металла. Продавленное отверстие хорошо тем, что не образуется острых кромок, которые могут прорезать кабель.

После подготовки коробки и прижимных планок нужно разделать телевизионный кабель. Очень важно при снятии изоляции не надсечь центральную жилу. Экранирующую оплетку кабеля удалять не надо, а завернуть ее на место прижима планкой.

Теперь нужно подготовленные концы телевизионного кабеля завести в отверстия коробки и закрепить прижимными планками. Зачищенные концы центральной жилы кабеля загнуть слегка вверх.

Осталось выполнить навесной монтаж трансформатора и резистора, закрыть крышку и телевизионный краб будет готов к работе. Если коробка небольшой глубины, то нужно проследить, чтобы оголенные участки деталей и центральной жилы кабеля не соприкасались с крышкой.

Если нет возможности достать ферритовое кольцо для изготовления трансформатора для телевизионного краба, то вместо него разветвитель можно сделать на резисторах по ниже приведенной электрической принципиальной схеме.

Все резисторы разветвителя имеют одинаковое сопротивление, которое в зависимости от количества подключаемых телевизоров к антенному проводу, вычисляется по приведенной формуле.

Например, для подключения к телевизионному крабу трех телевизоров, величина сопротивлений R будет равна 75 Ом × (3−1)/(3+1)=37,5 Ом. Из стандартного ряда ближайший по номиналу резистор 36 Ом, его и надо брать.

Ниже размещен онлайн калькулятор, с помощью которого можно рассчитать величину резисторов, для краба в зависимости от количества планируемых телевизоров или других приемников телевизионного сигнала для подключения.

Онлайн калькулятор для расчета величины резисторов краба
Введите количество TV:

Номинал резистора для изготовления краба, берется ближайший к расчетному, из стандартного ряда.

Самым надежным видом соединения радиодеталей является, конечно, пайка припоем. Но если нет возможности выполнить работу соединения в телевизионном крабе пайкой, то можно обойтись скруткой выводов.

Для надежного контакта достаточно вывод резистора плотно обвить тремя-пятью витками вокруг центральной жилы телевизионного кабеля. Контакт будет не такой надежный как при пайке, но вполне достаточный для стабильной работы телевизионного краба.

В качестве корпуса для самодельного краба можно использовать и пластмассовую коробку, если оклеить ее корпус и крышку изнутри станиолевой (алюминиевой) фольгой. Обязательным условием при этом является обеспечение электрического контакта фольги корпуса и крышки между собой, и с экранирующими оплетками телевизионных кабелей.

Для надежного контакта оплеток, перед зажимом их прижимными планками, нужно на каждый навить несколько витков куска любого медного провода.

Как сделать телевизионный разветвитель из трех резисторов

Для случая, когда под рукой нет никаких материалов, а из инструмента только ножик, представляю самый простой вариант разветвителя телевизионного сигнала, только из трех резисторов. К Вашему удивлению, по техническим характеристикам при аккуратном исполнении, не смотря на простоту, самодельный разветвитель телевизионного сигнала такой конструкции не уступит фирменным образцам.

По технологии ранее описанной, снимается изоляция с концов каждого телевизионного кабеля, который будет участвовать в изготовлении разветвителя. Кабель необходимо разделать как на фотографии. Мне пришлось срезать внешнюю изоляцию полностью, так как попался советский кабель РК-75 с очень жесткой изоляцией. Если изоляция эластичная, то лучше ее разрезать вдоль и отогнуть, для того, чтобы после пайки резисторов вернуть на место, как в примерах разделки при наращивании телевизионного кабеля. Центральная жила каждого кабеля залуживается припоем и на нее надевается вывод резистора, согнутый в петельку.

Теперь достаточно капли припоя с паяльника и получается надежный контакт и прочное соединение. Для удобства работы, кабели, которые пойдут на телевизоры, параллельно прикладываются друг к другу и обвиваются несколькими витками изоляционной ленты.

Затем спаиваются экранирующие обмотки всех кабелей вместе. После этого вывод одного из резисторов формируется в петельку, выводы двух других продеваются в нее и каплей припоя паяльником спаиваются между собой.

Если внешняя оболочка кабеля была отогнута, то ее возвращают на место, таким образом, изолирую резисторы. В моем случае пришлось взять отрезок изоляционной трубки, разрезать ее вдоль и закрыть место соединения резисторов. Толстая изоляция в данном случае нужна для того, чтобы обеспечить минимально допустимое расстояние между центральной жилой кабеля, резисторов и экраном. Кембрик фиксируется витком изоленты таким образом, чтобы с двух его сторон оставалась открытая оплетка кабеля.

Далее место установки резисторов телевизионного разветвителя экранируется. Для этого нужно его обвить многожильным медным проводов витком к витку. Можно просто обернуть алюминиевой фольгой, а затем обвить несколькими витками провода, как на фотографии. Тут главное, чтобы экран имел электрический контакт с экранирующей оплеткой телевизионного кабеля.

В заключение разветвитель для придания эстетического вида покрывается несколькими слоями изоленты. Для придания жесткости и прочности желательно перед изоляцией подложить вдоль телевизионного кабеля металлическую полоску, но можно и из любого материала.

В конечном результате получился разветвитель, не хуже любого краба. Недостатком такой конструкции является отсутствие возможности оперативного переключения антенного кабеля.

Номиналы резисторов в зависимости от количества подключаемых телевизоров, рассчитываются по формуле, приведенной на странице выше. Вместо резисторов лучше использовать трансформатор, тогда будут меньше потери телевизионного сигнала.

Это неправильно, но в безвыходной ситуации допустимо центральную жилу антенного кабеля соединять с кабелями, идущими на телевизоры непосредственно друг с другом, без резисторов или трансформатора. Так как кабели не будут согласованы по волновому сопротивлению, то за такой разветвитель придется расплачиваться потерей качества просмотра телепередач. Возможны наводки от гетеродина подключенного параллельно телевизора (только когда оба телевизора работают одновременно) и небольшая окантовка на изображении. Такое подключение безопасно как для телевизоров, так и для кабельного оборудования или телевизионной антенны.

Читайте также: