RU185819U1

RU185819U1 - DIRECTED TAP

Info

Publication number: RU185819U1
Application number: RU2018128845U
Authority: RU
Inventors: Ольга Борисовна Быкова; Андрей Викторович Быков
Original assignee: Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина
Priority date: 2018-08-06
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2018-12-19

Abstract

Полезная модель относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), в частности к устройствам отбора мощности, и может быть использована в фидерных трактах техники связи и радиолокационных устройств, в телевидении, в измерительной технике.The utility model relates to ultra-high frequency (microwave) technology, in particular to power take-off devices, and can be used in feeder paths of communication and radar devices, in television, and in measuring equipment.

Сущность заявленного технического решения заключается в том, что в направленном ответвителе, состоящем из первичной линии, вторичной линии, двух аттенюаторов, имеющие вход и выход, причем вход одного аттенюатора соединен с одним концом вторичной линии, вход другого аттенюатора соединен со вторым концом вторичной линии, а выходы аттенюаторов являются выходами вторичного тракта направленного ответвителя, присоединяемые к устройствам, измеряющим для определения КСВ уровень мощности падающей и отраженной волн.The essence of the claimed technical solution lies in the fact that in a directional coupler consisting of a primary line, a secondary line, two attenuators having an input and an output, the input of one attenuator connected to one end of the secondary line, the input of the other attenuator connected to the second end of the secondary line, and the attenuator outputs are outputs of the secondary path of the directional coupler, connected to devices that measure the power level of the incident and reflected waves to determine the SWR.

Техническим результатом, наблюдаемым при реализации заявленного решения, является упрощение конструкции, а также обеспечение возможности измерения КСВ тракта устройства СВЧ в заданном диапазоне частот и величины ослабления ответвляемых СВЧ сигналов. 1 ил.

The technical result observed during the implementation of the claimed solution is to simplify the design, as well as providing the possibility of measuring the SWR of the microwave device path in a given frequency range and the attenuation of the branched microwave signals. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), в частности, к устройствам отбора мощности, и может быть использовано в фидерных трактах техники связи, радиолокационных устройств, телевидении, в измерительной технике.The invention relates to microwave technology, in particular, to power take-offs, and can be used in the feeder paths of communication technology, radar devices, television, and measuring equipment.

При работе различных устройств СВЧ возникает необходимость проверки исправности СВЧ тракта этих устройств. Одним из способов проверки является измерение коэффициента стоячей волны (КСВ) СВЧ тракта в заданном диапазоне частот с помощью направленного ответвителя. Направленный ответвитель - это СВЧ устройство, которое предназначено для ответвления части энергии из основного линии передачи в другую (вторичную), причем так, что направление передачи энергии во второй линии зависит от направления передачи в основной линии. Одним из параметров, характеризующим направленный ответвитель, является переходное ослабление, отношение мощностей, распространяющихся в основной и вторичной линиях. Другим параметром является направленность, которая определяется как отношение мощностей, распространяющихся во вторичной линии в противоположных направлениях. (Бова Н.Т., Резников Г.Б. Антенны и устройства СВЧ «Вища школа» Киев. 1982. с. 60).During the operation of various microwave devices, it becomes necessary to check the health of the microwave path of these devices. One way to check is to measure the standing wave coefficient (SWR) of the microwave path in a given frequency range using a directional coupler. A directional coupler is a microwave device that is designed to branch part of the energy from the main transmission line to another (secondary), so that the direction of energy transfer in the second line depends on the direction of transmission in the main line. One of the parameters characterizing a directional coupler is a transitional attenuation, the ratio of powers propagating in the main and secondary lines. Another parameter is directivity, which is defined as the ratio of powers propagating in the secondary line in opposite directions. (Bova N.T., Reznikov G.B. Antennas and microwave devices "Vishcha school" Kiev. 1982. p. 60).

Для измерения КСВ, как правило, используются два направленных ответвителя, один из которых измеряет уровень мощности падающей волны, второй - отраженной. Зная соотношение этих мощностей, определяется КСВ. Таким образом, для измерения необходимо знать соотношение мощностей (падающей и отраженной) во всем заданном диапазоне частот для этих двух направленных ответвителей. При изготовлении и регулировке направленных ответвителей в силу различных причин (прежде всего ошибок приборов, используемых при настройке и регулировке, а также технологического разброса комплектующих, различия геометрических размеров деталей направленного ответвителя, вызванного технологическим разбросом при изготовлении и проч.) переходное ослабление имеет некоторый разброс, который увеличивается в диапазоне частот, что отрицательно сказывается на точности измерения КСВ. Следовательно, для повышения точности измерения КСВ необходимо при вычислениях КСВ знать переходное ослабление каждого направленного ответвителя, причем во всем заданном диапазоне частот. Это усложняет использование ответвителей в эксплуатации (измерения КСВ тракта устройства СВЧ в заданном диапазоне частот), т.к. при измерении КСВ на каждой частоте рабочего диапазона необходимо использовать значение переходного ослабления направленных ответвителей на каждой из частот. Кроме того, направленные ответвите ли должны обеспечивать необходимую точность измерения КСВ, для обеспечения которой ответвители должны иметь хорошую направленность. При этом направленные ответвители должны быть простыми для регулировки и настройки, иметь малые массогабаритные показатели и невысокую стоимость.To measure the SWR, as a rule, two directional couplers are used, one of which measures the power level of the incident wave, and the second - reflected. Knowing the ratio of these capacities, the SWR is determined. Thus, for measurement, it is necessary to know the ratio of powers (incident and reflected) in the entire specified frequency range for these two directional couplers. In the manufacture and adjustment of directional couplers for various reasons (first of all, the errors of the devices used during setup and adjustment, as well as the technological dispersion of components, differences in the geometric sizes of the parts of the directional coupler caused by technological variation in manufacturing, etc.), the transition attenuation has some variation, which increases in the frequency range, which negatively affects the accuracy of the SWR measurement. Therefore, in order to increase the accuracy of measuring the SWR, it is necessary to know the transition attenuation of each directional coupler in the calculations of the SWR, moreover, in the entire given frequency range. This complicates the use of couplers in operation (measuring the SWR of the microwave device path in a given frequency range), because when measuring the SWR at each frequency of the operating range, it is necessary to use the value of the transient attenuation of the directional couplers at each frequency. In addition, whether the directional branches should provide the necessary measurement accuracy of the SWR, to ensure which the couplers should have a good directivity. At the same time, directional couplers should be simple to adjust and configure, have small overall dimensions and low cost.

Часто устройства (детекторы), измеряющие для определения КСВ уровень мощности падающей и отраженной волн, имеют сравнительно небольшой рабочий диапазон входных мощностей, при котором возможно измерение КСВ с хорошей точностью. Следовательно, для измерения КСВ с хорошей точностью необходимо использовать разные направленные ответвители с различными значениями переходного ослабления. Это приводит к усложнению устройств, определяющих КСВ и увеличивает их стоимость.Often devices (detectors) measuring the power level of the incident and reflected waves to determine the SWR have a relatively small working range of input powers, at which it is possible to measure the SWR with good accuracy. Therefore, to measure the SWR with good accuracy, it is necessary to use different directional couplers with different values of transition attenuation. This leads to the complication of devices that determine the SWR and increases their cost.

Реализации этих требований является непростой задачей. Так, в отдаленном аналоге заявляемой полезной модели направленном ответвителе (авт. св. СССР №231641 24а⁴, 74, МПК Н01Р, 1968), состоящем из первичного и связанного с ним вторичного трактов, причем средний проводник первичной линии размещен между торцевыми крышками полого металлического цилиндра, жестко связанными друг с другом с помощью металлического стержня, центральный проводник вторичной линии расположен внутри цилиндра параллельно центральному проводнику основной линии, а цилиндр выполнен подвижно относительно оси, проходящей через середину торцевых крышек.Implementing these requirements is not an easy task. So, in a remote analogue of the claimed utility model, a directional coupler (ed. St. USSR No. 231641 24a ⁴ , 74, IPC Н01Р, 1968), consisting of a primary and associated secondary paths, the middle conductor of the primary line being placed between the end caps of the hollow metal the cylinder, rigidly connected to each other using a metal rod, the Central conductor of the secondary line is located inside the cylinder parallel to the Central conductor of the main line, and the cylinder is movably relative to the axis passing through sulfur end of the end caps.

Этому устройству присущи следующие недостатки:This device has the following disadvantages:

- низкая направленность, обусловленная наличием неоднородностей в районе переходов (петля связи - выход вторичной линии и петля связи -нагрузка), вызывающих возбуждение паразитных типов колебаний (Д.Л. Матей, Л. Янг, Е.М.Т. Джонс Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи, т. 2, пер. с английского, изд. «Связь» М.1972.);- low directivity due to the presence of inhomogeneities in the transition region (communication loop - secondary line output and communication loop-load), causing excitation of spurious oscillation types (D.L. Matey, L. Young, E.M.T. Jones, Microwave filters, matching chains and communication chains, vol. 2, trans. from English, ed. "Communication" M.1972.);

-сложность использования ответвителей в эксплуатации (измерения КСВ тракта устройства СВЧ в заданном диапазоне частот), т.к. при измерении КСВ на каждой частоте рабочего диапазона необходимо использование значение переходного ослабления направленных ответвителей на каждой из частот;- the complexity of using couplers in operation (measuring the SWR of the microwave device path in a given frequency range), because when measuring the SWR at each frequency of the operating range, it is necessary to use the value of the transitional attenuation of the directional couplers at each frequency;

- сложное конструктивное исполнение и, как следствие, высокая стоимость.- complex design and, as a result, high cost.

Более близким аналогом, выбранным в качестве прототипа в связи со сходством выполняемой технической задачи, является направленный ответвитель (пат. на полезную модель №112510, МПК Н01Р5/18, 2011), состоящий из наружного проводника, внутреннего проводника первичной и внутреннего проводника связанной с первичной вторичной линии, причем во внутренней части наружного проводника выполнена выемка, внутри которой расположен проводник вторичной линии, а торцевые стенки выемки совместно с выходами вторичной линии и нагрузки образуют отрезок коаксиальной линии со щелью.A closer analogue, selected as a prototype in connection with the similarity of the technical task being performed, is a directional coupler (US Pat. Utility Model No. 112510, IPC Н01Р5 / 18, 2011), consisting of an outer conductor, an inner conductor of the primary and inner conductor connected with the primary a secondary line, and a recess is made in the inner part of the outer conductor, inside which a secondary line conductor is located, and the end walls of the recess together with the outputs of the secondary line and the load form a coaxial segment Noah line with a gap.

Данное устройство имеет высокую направленность, простое конструктивное исполнение и как следствие, сравнительно невысокую стоимость.This device has a high focus, simple design and, as a result, a relatively low cost.

Однако, и это устройство сложно использовать для измерения КСВ тракта устройства СВЧ в заданном диапазоне частот.However, this device is also difficult to use for measuring the SWR path of a microwave device in a given frequency range.

Технический результат предлагаемого технического решения - упрощение использования ответвителей (измерения КСВ тракта устройства СВЧ в заданном диапазоне частот) при повышении технологичности изготовления направленного ответвителя и снижении стоимостиThe technical result of the proposed technical solution is to simplify the use of couplers (measuring the SWR path of a microwave device in a given frequency range) while increasing the manufacturability of manufacturing a directional coupler and reducing the cost

Другой технический результат - регулировка величины ослабления ответвляемых СВЧ сигналов Указанный технический результат достигается тем, что в направленном ответвителе, состоящем из первичной линии, вторичной линии, двух аттенюаторов, имеющие вход и выход, причем вход одного аттенюатора соединен с одним концом вторичной линии, вход другого аттенюатора соединен со вторым концом вторичной линии, а выходы аттенюаторов являются выходами вторичного тракта направленного ответвителя, присоединяемые к устройствам, измеряющим для определения КСВ уровень мощности падающей и отраженной волн.Another technical result is the adjustment of the attenuation of the branched microwave signals. This technical result is achieved in that in a directional coupler consisting of a primary line, a secondary line, two attenuators having an input and an output, the input of one attenuator connected to one end of the secondary line, the input of the other the attenuator is connected to the second end of the secondary line, and the outputs of the attenuators are the outputs of the secondary path of the directional coupler, connected to devices measuring for I SWR power level of the incident and reflected waves.

Другой технический результат достигается тем, что в направленном ответвителе аттенюаторы имеют разные величины ослабления СВЧ сигналов.Another technical result is achieved in that the attenuators in the directional coupler have different attenuation of microwave signals.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого СВЧ переключателя.In FIG. 1 shows a diagram of the proposed microwave switch.

Направленный ответвитель (см. фиг. 1) состоит из первичной линии 1, вторичной линии 2, двух аттенюаторов 3, 4, аттенюатор 3 имеет вход 5 и выход 6, аттенюатор 4 имеет вход 7 и выход 8, вход 5 аттенюатора 3 соединен с концом вторичной линии 9, вход 7 аттенюатора 4 соединен с концом вторичной линии 10, выходы 6, 8 аттенюаторов 3, 4 являются выходами направленного ответвителя (вторичного тракта), присоединяемые к устройствам, измеряющим для определения КСВ уровень мощности падающей и отраженной волн (на фиг. 1 не показаны).The directional coupler (see Fig. 1) consists of a primary line 1, a secondary line 2, two attenuators 3, 4, an attenuator 3 has an input 5 and an output 6, an attenuator 4 has an input 7 and an output 8, the input 5 of an attenuator 3 is connected to the end secondary line 9, the input 7 of the attenuator 4 is connected to the end of the secondary line 10, the outputs 6, 8 of the attenuators 3, 4 are the outputs of the directional coupler (secondary path) connected to devices that measure the power of the incident and reflected waves to determine the SWR (in FIG. 1 are not shown).

Направленный ответвитель работает следующим образом.The directional coupler operates as follows.

Бегущая волна, распространяющаяся в первичной линии 1, возбуждает во вторичной линии 2 бегущую волну (Сазонов Д.М. Гридин А.Н. Мишустин Б.А. Устройства СВЧ «Высшая школа» МЛ 981 стр. 74). Пусть при этом часть прямой волны поступает на конец 9 вторичной линии 2, а отраженной - на конец 10 вторичной линии 2. Далее, так как вход каждого из аттенюаторов присоединен к соответствующему концу вторичной линии (вход 5 аттенюатора 3 соединен с концом вторичной линии 9, вход 7 аттенюатора 4 соединен с концом вторичной линии 10), СВЧ сигнал проходит аттенюатор 3, 4 и поступает на выходы 6,8 аттенюаторов 3,4 которые являются выходами направленного ответвителя, присоединяемые к устройствам, измеряющим уровень мощности падающей и отраженной волн. Для обеспечения хорошей направленности (для обеспечения точного измерения КСВ) необходимо обеспечить хорошее согласование вторичной линии 2. Обычно, для обеспечения хорошей направленности конец вторичной линии, который не является выходом, присоединен к согласованной нагрузке, например, конец 9 вторичной линии 2 присоединен к устройству, измеряющему уровень мощности, тогда конец 10 вторичной линии 2 должен быть присоединен к согласованной нагрузке. В заявляемом направленном ответвителе для достижения технического результата к измерительным устройствам присоединяются оба выхода (оба конца вторичной линии), следовательно, использование согласованных нагрузок невозможно. Для согласования вторичной линии 2 (обоих концов вторичной линии) и используются аттенюаторы 3, 4. Отраженный от измерительного устройства СВЧ сигнал, проходя через аттенюатор ослабляется, улучшая согласование вторичной линии. Таким образом, обеспечивается хорошая направленность (обеспечивается точное измерение КСВ).A traveling wave propagating in primary line 1 excites a traveling wave in secondary line 2 (Sazonov D.M. Gridin A.N. Mishustin B.A. Higher School microwave devices ML 981 p. 74). Let the part of the direct wave go to the end 9 of the secondary line 2, and the reflected wave to the end 10 of the secondary line 2. Next, since the input of each attenuator is connected to the corresponding end of the secondary line (the input 5 of the attenuator 3 is connected to the end of the secondary line 9, the input 7 of the attenuator 4 is connected to the end of the secondary line 10), the microwave signal passes the attenuator 3, 4 and goes to the outputs of 6.8 attenuators 3.4 which are the outputs of the directional coupler, connected to devices that measure the power level of the incident and reflected waves. To ensure good directivity (to ensure accurate measurement of SWR), it is necessary to ensure good coordination of the secondary line 2. Usually, to ensure good directivity, the end of the secondary line, which is not an output, is connected to the matched load, for example, the end 9 of the secondary line 2 is connected to the device, measuring the power level, then the end 10 of the secondary line 2 must be connected to the agreed load. In the inventive directional coupler to achieve a technical result, both outputs (both ends of the secondary line) are connected to the measuring devices, therefore, the use of coordinated loads is impossible. To match the secondary line 2 (both ends of the secondary line), attenuators 3 and 4 are used. The microwave signal reflected from the measuring device passing through the attenuator is attenuated, improving the coordination of the secondary line. Thus, good directivity is ensured (accurate measurement of SWR is ensured).

Так как в данном направленном ответвителе для измерения уровня мощности падающей и отраженной волн используется одна вторичная линия 2, значения переходного ослабления одинаковы для разных ее концов. Следовательно, при вычислениях КСВ нет необходимости знать переходное ослабление каждого направленного ответвителя на каждой из частот заданного диапазона. Это значительно упрощает использование ответвителей (измерения КСВ тракта устройства СВЧ в заданном диапазоне частот). Использование одного направленного ответвителя вместо двух приводит к снижению стоимости. Кроме того, повышается технологичность изготовления направленного ответвителя, за счет отказа от использования согласованных нагрузок, содержащих большое количество составных частей, требующих трудоемких токарных и фрезерных работ, и это вызывает дополнительное снижение стоимости.Since this directional coupler uses one secondary line 2 to measure the power level of the incident and reflected waves, the values of the transition attenuation are the same for its different ends. Therefore, when calculating the SWR, there is no need to know the transient attenuation of each directional coupler at each of the frequencies of a given range. This greatly simplifies the use of couplers (measuring the SWR path of a microwave device in a given frequency range). Using one directional coupler instead of two leads to lower costs. In addition, the manufacturability of a directional coupler is increased due to the rejection of the use of coordinated loads containing a large number of components requiring laborious turning and milling, and this causes an additional cost reduction.

Устройства для определения КСВ, измеряющие уровень мощности падающей и отраженной волн, зачастую имеют ограничения (и сверху, и снизу) по входной мощности, т.е. уровень мощности падающей и отраженной волн не должен значительно отличаться друг от друга. При использовании двух направленных ответвителей, каждый из которых ответвляет часть мощности только падающей (только отраженной) волны, индивидуальной регулировкой для каждого ответвителя устанавливают свое значение переходного затухания.SWR devices that measure the power level of the incident and reflected waves often have limitations (both above and below) in terms of input power, i.e. the power level of the incident and reflected waves should not differ significantly from each other. When using two directional couplers, each of which branches out part of the power of the incident (only reflected) wave, individually adjusting the transition attenuation value for each coupler.

В заявленном направленном ответвителе для измерения уровня мощности падающей и отраженной волн используется одна вторичная линия и значение переходного ослабления одно. Так как уровень мощности падающей и отраженной волн, поступающей на входы 5, 7 аттенюаторов 3, 4, существенно разный, то для выравнивания уровней падающей и отраженной мощности необходимо использование аттенюаторов 3, 4 с разными значениями ослабления проходящего СВЧ сигнала. Следовательно, используя аттенюаторы (в том числе и электрически управляемых) с разными значениями ослабления проходящего СВЧ сигнала, можно добиться регулировки величины ослабления ответвляемых СВЧ сигналов. Использование электрически управляемых аттенюаторов позволит оперативно (без изменения связи между первичной и вторичной линиями, без замены аттенюаторов) менять величину ослабления проходящего СВЧ сигнала под конкретную задачу.In the claimed directional coupler, one secondary line is used to measure the power level of the incident and reflected waves and the transition attenuation value is one. Since the power level of the incident and reflected waves supplied to the inputs 5, 7 of the attenuators 3, 4 is significantly different, to equalize the levels of the incident and reflected power, it is necessary to use attenuators 3, 4 with different attenuation values of the transmitted microwave signal. Therefore, using attenuators (including electrically controlled ones) with different attenuation values of the transmitted microwave signal, it is possible to adjust the attenuation of the branched microwave signals. Using electrically controlled attenuators will allow you to quickly (without changing the connection between the primary and secondary lines, without replacing the attenuators) change the attenuation of the transmitted microwave signal for a specific task.

Применение предложенного технического решения позволит упростить использование ответвителей при измерении КСВ тракта устройства СВЧ в заданном диапазоне частот, повысить технологичность изготовления направленного ответвителя и снизить стоимость изготовления и эксплуатации.The application of the proposed technical solution will simplify the use of couplers when measuring the SWR path of a microwave device in a given frequency range, increase the manufacturability of a directional coupler and reduce the cost of manufacture and operation.

На дату подачи заявки изготовлен работающий макет направленного ответвителя.At the filing date, a working model of a directional coupler was made.

Claims

1. A directional coupler consisting of a primary line, a secondary line, characterized in that two attenuators are installed having an input and an output, the input of one attenuator connected to one end of the secondary line, the input of the other attenuator connected to the second end of the secondary line, and the outputs of the attenuators are the outputs of the secondary path of the directional coupler.

2. The directional coupler according to claim 1, characterized in that the attenuators have different attenuation of microwave signals.