1. ВведениеВ СВЧ-технике три- и четырeпорты принадлежат к стандартным схемам, которые часто используются из-за их преимуществ. Здесь особенно интересны линейный λ/4-ответвитель, Branch-Line-Coupler (BLC) и кольцевой делитель типа Wilkinson. Рис. 1 показывает размещения схем СВЧ, формулы для определения их размеров (ak - связь в дБ) и сдвиг фазы сигналов у портов. Длина всех отрезков линии составляет λL/4. При этом λL соответствует длине волны на линии в середине полосы (f = fB)
 рис. 1
 рис. 2
2. Эквивалентная схема линейного λ/4-ответвителя  Известно, что для λL/4-отрезка связанной линии существует эквивалентная крестообразная схема из двух независимых отрезков линий и двух идеальных J-инверторов [1]. Мы заменяем отрезки линии одноступенчатыми П-звеньями соответственно рис. 2. Идеальные J-инверторы могут заменяться П-звеньями из реальной продольной ёмкости и двух отрицательных поперечных ёмкостей [2].
 рис. 3
Рис. 4 показывает рассчитанные АЧХ ответвителя со сконцентрированными элементами с затуханиями связи -3dB, -20дБ и -30дБ. Схема не подходит для маленьких значений связи (правые диаграммы). При большом затухании мы получаем незначительный ход при частотной характеристики |S31| и значительный при |S41|. Последние почти прямолинейно децибел-линейно по частоте, независимо от значения затухания связи. Изоляция (-|S21|) также повышается с возрастающим затуханием связи.
 рис. 4
Рис. 5 показывает рассчитанные кривые 20 дБ-ответвителя для радиолюбительской 80м-диапазоны.
 рис. 5
3. Эквивалентная схема BLC-ответвителя К формулам для вычисления BLC-ответвителя подойдут быстро, если заменяют, исходя от эквивалентной схемы линейного ответвителя, идеальные J-инверторы соответствующими λ/4-отрезками линий и обменивают все отрезки линий соответствующими П-звеньями (рис. 6). Эквивалентная схема со сконцентрированными элементами отличается от линейного λ/4-ответвителя только в том, что здесь связь происходит индуктивностями вместо ёмкостями.
 рис. 6
Рис. 7 показывает рассчитанные свойства 3дБ-BLC и 20дБ-BLC. Ширина -20дБ-полосы 3дБ-ответвителя незначительна (8%). Кривые согласования и изоляции почти конгруэнтные. Кривые |S31| и |S41| близки fB - плоские. При ak = -20дБ - ширина полосы существенно больше (22%). Изоляция лучше, чем согласование. Все было бы хорошо, если необходимая индуктивность L2 была бы примерно 10 раз больше и т.е. при определенных обстоятельствах нереализуемо большая. Таблица 1 указывает точные значения элементов, нормированные и денормированные к 50Ω и 500 МГц.
 рис. 7
 таблица 1
Также для этой схемы (3дБ-BLC-ответвитель) показаны рассчитанные свойства для 80м-диапазона радиолюбительства (рис. 8). Значения элементов несколько модифицировались оптимизацией, так что между их |S31|- и |S41|-кривой возникает "глазок", который чуть улучшает свойства. Кривые согласования и изоляции конгруэнтные.
 рис. 8
4. Эквивалентная схема 3BLC-ответвителя Чтобы достигать большие ширины полосы можно использовать так называемый 3BLC [3]. Рис. 9 показывает линейную схему 3BLC и эквивалентную со сконцентрированными элементами. В каждом случае рекомендуется рассчитывать окончательные параметры оптимизацией схемы с помощью САПР (например [4]). При этом можно использовать указанные на рис. 9 волновые сопротивления как значения запуска для оптимизации.
 рис. 9
Рис. 10 показывает свойства 3BLC со "стандартными" параметрами (левая диаграмма: 3BLC с λ/4-отрезками линии и правая диаграмма: 3BLC со сконцентрированными элементами).
 рис. 10
Рис. 11 показывает свойства 3BLC со сконцентрированными элементами после оптимизации схемы.
 рис. 11
5. Эквивалентная схема делителя типа Wilkinson Рис. 12 показывает эквивалентную схему кольцевого делителя типа Wilkinson, при котором волновые сопротивления у портов 3 и 4 могут отличаться от RB. Формулы для вычисления сконцентрированных элементов схемы получают, в то время как заменяют λ/4-отрезки линий П-звенами соответственно рис. 2. Формулы для высчисления схемы линейного делителя изымались из [5].
 рис. 12
Рис. 13 показывает рассчитанные свойства симметричного кольцевого делителя типа Wilkinson со сконцентрированными элементами.
 рис. 13
Также для этой схемы ( симметричный кольцевой делитель типа Wilkinson) рассчитаны свойства для 80м-диапазона радиолюбительства (рис. 14). Значения элементов округлялись.
 рис. 14
6. Ссылки
 |
