CC BY
98
Радиоэлектроника и системы связи
УДК 621.372.85; 621.396.67
ДВУХДИАПАЗОННЫЙ МИКРОПОЛОСКОВЫЙ НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ
С ДВУМЯ ТИПАМИ НАПРАВЛЕННОСТИ
Н.Н. Щетинин, А.В. Останков, Е.И. Воробьёва
Предложена оригинальная топология двухдиапазонного микрополоскового направленного ответвителя с двумя типами направленности для работы в диапазонах частот 1.2 - 1.3 ГГц и 3.6 - 3.7 ГГц
Ключевые слова: двухдиапазонный направленный ответвитель, двухшлейфный направленный ответвитель, частотные зависимости
Направленный ответвитель в полосковом исполнении является важнейшим функциональным элементом разнообразных интегральных микроволновых устройств, в частности делителей и сумматоров мощности, балансных усилителей, смесителей, модуляторов, фазовращателей, фильтров, а также диаграммообразующих схем фазированных антенных решёток СВЧ диапазона [1-8].
Актуальность разработки таких ответвителей обусловлена всё более возрастающими требованиями к высокочастотным узлам систем связи и телекоммуникаций в отношении их широкополо сности, миниатюризации, технологичности и функциональности. Для обеспечения предъявляемых ныне требований зачастую необходимо гарантировать работу ответвителя в нескольких диапазонах частот, в том числе и на разную (разнесённую) нагрузку.
На рис. 1 представлен разработанный авторами статьи схемно-конструктивный вариант двухшлейф-ного направленного ответвителя. Предлагаемая топология ответвителя симметрична и обладает, как показывают исследования, следующими свойствами: при подаче в линию плеча 1 сигнала с частотой из диапазона 1.2 - 1.3 ГГц наблюдается равное деление его мощности между вторым и четвёртым плечами, в линию плеча 3 при этом сигнал не поступает. Если же подать в плечо 1 сигнал из частотного диапазона 3.6 - 3.7 ГГц, то его мощность делится поровну между плечами 3 и 4, плечо 2 при этом развязано. В обоих диапазонах сигналы в выходных линиях отличаются по фазе на 90°.
Габаритные размеры направленного ответвите-ля составляют примерно 27*45 мм2. В качестве подложки использован ламинат Rogers RT / Duroid 4003 С толщиной h = 0.508 мм, обладающий относительной диэлектрической проницаемостью sr = 3.38 и тангенсом угла диэлектрических потерь 0.0027.
Частотные характеристики предлагаемого направленного ответвителя получены на основе
Щетинин Никита Николаевич - ВИ ФСИН, преподаватель, e-mail: [email protected]
Останков Александр Витальевич - ВГТУ, д-р техн. наук, доцент, e-mail: [email protected]
Воробьёва Елена Ивановна - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, e-mail: [email protected]
электромагнитного моделирования, выполненного с помощью ознакомительной версии программного продукта Advanced Design System [9].
плечо 1
плечо 3
Рис. 1. Микрополосковый направленный ответвитель с двумя типами направленности
Коэффициент отражения направленного ответвителя по входу, развязка между плечами, переходные ослабления как функции частоты представлены на рис. 2.
Частота,
Рис. 2. Частотные зависимости характеристик двухдиапазонного направленного ответвителя
Как видно из результатов исследования, коэффициент отражения ответвителя по входу 8(1,1) и развязка 8(3,1) не хуже "минус" 12.5 дБ для частот-
ного диапазона 1.2 - 1.3 ГГц, переходные ослабления Б(2,1), Б(4,1) фиксированы в указанном частотном диапазоне и составляет (3 ± 0.35) дБ. Для диапазона 3.6 - 3.7 ГГц коэффициент отражения по входу Б(1,1) и развязка Б(2,1) не хуже "минус" 16.5 дБ. Переходные ослабления Б(3,1), Б(4,1) в пределах частотного диапазона составляют (3 ± 0.6) дБ. Разность фаз гармонических колебаний в плечах 4 и 2 для частотного диапазона 1.2 - 1.3 ГГц составляет (-90 ± 3)°, сдвиг фаз колебаний в плечах 3 и 4 для частотного диапазоне 3.6 - 3.7 ГГц - (-90 ± 0.5)°. Соответствующая графическая иллюстрация фазовых соотношений представлена на рис. 3.
50п-
п
Я -50-•6- :
5-юо-
и
п) I Й -150-
■е* :
-200-^-1-1-!-1-1-1-1-1-1-
1.20 1.25 1.30
Частота, ГГц
а
50-1-
б
Рис. 3. Разность фаз выходных сигналов для частотного диапазона: 1.2 - 1.3 ГГц (а), 3.6 - 3.7 ГГц (б)
Таким образом, предложенная и исследованная в работе топология микрополоскового направленного ответвителя в двух различных диапазонах частот характеризуется противоположными типами направленности (противо- и сонаправленным).
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант РФФИ № 13-08-97538-р_центр_а).
Литература
1. Хансен, Р. С. Фазированные антенные решетки / Р. С. Хансен ; пер. с англ. под ред. А. И. Синани. - М. : Техносфера, 2012. - 558 с.
2. Устройства СВЧ и антенны: Проектирование фазированных антенных решеток : учеб. пособие для вузов / Д. И. Воскресенский, В. И. Степаненко, В. С. Филиппов и др. ; под ред. Д. И. Воскресенского. - М. : Радиотехника, 2012. - 744 с.
3. Chiang, Y. C. Design of a wideband lumped-element 3-dB quadrature coupler / Y. C. Chiang, C. Y. Chen // IEEE Transactions Microwave Theory Techniques. - 2001. - Vol. 49. - № 3. - PP. 476-479.
4. Sakagami, I. On a lumped element three-branch 3-dB coupler with Butterworth and Chebyshev characteristics / I. Sakagami, K. Sakaguti, M. Fujii // 47 th Int. Midwest Circuits Syst. Symp. - 2004. - Vol. 3. - PP. 21-24.
5. Chen, W. L. Design of novel miniaturized fractal-shaped branch-line couplers / W. L. Chen, G. M. Wang // Asia-Pasic Microwave Conf. - 2007. - PP. 34-36.
6. Eccleston, K. W. Compact planar microstripline branch-line and rat-race couplers / K. W. Eccleston, S. H. M. Ong // IEEE Transactions Microwave Theory Techniques. -2003. - Vol. 51. - № 1. - PP. 2119-2125.
7. Останков, А. В. Ретроспективный анализ возможностей, конструкций и основных характеристик дифракционных антенн вытекающей волны [Текст] / А. В. Останков // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2010. - Т. 6. - № 8. - С. 75-81.
8. Калинин, Ю. Е. Расчёт частотно-сканирующей антенны дифракционного излучения [Текст] / Ю. Е. Калинин, А. В. Останков // Радиотехника. - 2014. - № 3. - С. 83-87.
9. ADS 2011 Product Release // Agilent Technologies. URL: http://www.home.agilent.com/ru/pd-1835794/ads-2011-product-release?nid=-34346.957885&cc=RU&lc=rus (дата обращения: 02.04.2014).
Воронежский институт Федеральной службы исполнения наказаний Воронежский государственный технический университет
DUAL-BAND MICROSTRIP DIRECTIONAL COUPLER TWO TYPES OF ORIENTATION
N.N. Shchetinin, A.V. Ostankov, E.I. Vorobjeva
The paper presents the topology of dual-band microstrip directional coupler with two types of orientation to work in the frequency range 1.2 - 1.3 GHz and 3.6 - 3.7 GHz
Key words: dual band directional coupler, branch-line directional coupler, the frequency dependence
