Гибридные ответвители

Гибридные ответвители предназначены для деления или суммирования энергии высоко­частотных сигналов, при этом взаимное влияние источников должно быть исключено. Кроме того, они должны обеспечивать точные фазовые соотношения выходных сигналов, в особенности это относится к фазовым сдвигам 0° и 0°/180°, так как сигналы с такой разностью фаз необходимы для устройств, работающих в однотактном и двухтактном режимах.

Гибридные ответвители состоят обычно из одного или нескольких широкополосных трансформаторов, подобных описанным в предыдущем разделе, а также из одного или нескольких активных резисторов^1}, служащих для поглощения части мощности, по­ступающей не в противофазе (с нежелательным сдвигом фаз). В качестве трансформато­ров предпочтительно использовать трансформаторы на линии вследствие их широко-полосности и присущих им хороших фазовых и амплитудных балансных свойств, от которых в значительной мере зависит развязка между входами А_х, т. е. взаимное влияние источников сигнала; величина А_х для оптимальной реализации конструкции составляет > 30 дБ в полосе частот до 150 МГц. В равной мере все сказанное относится к величинам собственного затухания а! и КСВ (s). В качестве поглощающих резисторов преимуще­ственно используют безындуктивные металлопленочные резисторы; в случае режимов с большой мощностью сигнала предпочитают тонкопленочные компоненты в микро-полосковом или коаксиальном исполнении.

Прежде всего скажем о цепях с 0° фазовым сдвигом. Их условное обозначение с указанием фазовых соотношений и две функционально идентичные схемы с двумя фазорасщепляющими ветвями R₃, R₄ изображены на рис. 1.27. R_1; R₃ и R₄ представляют собой источники сигнала и нагрузочные резисторы, которые включены в гибридный ответвитель вместе с поглощающим резистором R₂. Обратите внимание на различные значения номиналов сопротивлений. Минимальная рабочая частота Г_М1Ш для входа R_: составляет 0 Гц (!) и вообще зависит от типа используемого трансформатора. Независимо от многочисленных конфигураций R_t и R₂, R₃ и R₄ развязаны между собой.

Схемы 0°-гибридных ответвителей, у каждого из которых имеются две фазорас-щепляющие ветви, приведены на рис. 1.28. На входы можно подключать нагрузки. Для данных схем частотная характеристика входа R_t не начинается от 0 Гц, а определяется частотными свойствами трансформирующей квазилинии.

На рис. 1.29 изображены две схемы 0° ответвителей с четырьмя расщепляющими ветвями. Нагрузки на входах здесь одинаковой величины. Как особое преимущество этих схем следует отметить возможность их реализации с использованием трансформаторов на линии.

Представленные здесь так называемые «столбовые»-структуры²⁾ можно реализовать оптимальным образом в случае четного числа расщепляющих входов, т. е. 2, 4, 6 и т. д. В противоположность этому описанные ниже 4 схемы 0°-гибридных ответвителей свободны от указанных ограничений, но при своей реализации требуют больших затрат. Их условное обозначение с указанием фазовых соотношений, а также две схемы, каждая с двумя расщепляющими ветвями, изображены на рис. 1.30. Входы нагружены на раз­личные сопротивления.

На рис. 1.31 показаны еще две разновидности 0°-схем, которые имеют одинаковые входные сопротивления.

На рис. 1.32 представлены две схемы 0° ответвителей, каждая с тремя расщепляю­щими цепями и одинаковыми входными сопротивлениями.

Наконец, на рис. 1.33 приведены схемы еще двух 0° ответвителей с четырьмя расщепляющими ветвями каждая и одинаковыми входными сопротивлениями.

Конфигурации, приведенные на рис. 1.30-1.33, используются в основном при передаче больших мощностей, например в случае параллельного включения нескольких усилителей мощности на общую нагрузку. При эксплуатации в данном режиме величину мощности P_tx, рассеиваемой балластным сопротивлением R_x, а также величину полезной мощности Р₀, поступающей на общее нагрузочное сопротивление R_L, можно рассчитать по форму­лам, приведенным в табл. 1.1. При расчетах предполагается, что недействующие (вы-

¹⁾ Речь идет о балластном сопротивлении. - Прим. ред.

²⁾ В оригинале-Totem Pole-«тотемный столб» (жаргон, часто встречающийся в технической литературе).-Прим. ред.

Рис. 1.27. Условное обозначение с указанием фазовых соотношений и две схемы 0°-гибридных ответвителей с двумя расщепляющими цепями. Эти схемы имеют разные входные сопротивления.

Рис. 1.28. Схемы двух 0°-гибридных ответвителей с двумя расщепляющими цепями. Эти схемы имеют одинаковые входные сопротивления.

Рис. 1.29. Схемы двух 0°-гибрид-ных ответвителей с четырьмя рас­щепляющими цепями. Эти схемы имеют одинаковые входные сопро­тивления.

Рис. 1.30. Условное обозначение с указанием фазовых соотношений и две схемы 0°-гибридных ответвителей с двумя расщепляющими цепями. Эти схемы имеют разные входные сопротивления.

Рис. 1.31. Схемы двух 0°-гиб-ридных ответвителей с двумя расщепляющими цепями. Эти схемы имеют одинаковые входные сопротивления.

Рис. 1.32. Схемы двух 0°-гибридных ответвителей с тремя расщепляющими цепями. Эти схемы имеют одинаковые входные сопротивления.

Рис. 1.33. Схемы двух 0°-гибридных ответвителей с четырьмя расщепляющими цепями. Эти схемы имеют одинаковые входные сопротивления.

ключенные) модули обладают сравнительно высоким сопротивлением, что типично для практики. Последняя формула в табл. 1.1 показывает, что P_tl сильно зависит от R_x. При использовании сигналов с неподавленной несущей мощность Р,_х, рассеиваемая на R_x, должна равняться расчетной, а в случае сигналов с подавленной несущей мощность будет составлять одну треть от вычисленной величины P_tx.

Рис. 1.34. Условное обозна­чение с указанием фазовых соотношений и две схемы 0°/180"-1ибридных ответвите-лей, каждый из которых об­разован из 2 + 2 расщепляю­щих цепей. Эти схемы имеют разные входные сопротивле­ния.

Рис. 1.34. Условное обозначение с указанием фазовых соотношений и две схемы 0/180 гибридных ответвителей, каждый из которых образован из 2+2 расщепляющихся цепей. Эти схемы имеют разные входные сопротивления.

И наконец, поговорим о 0°/180°-схемах. Их условное обозначение с указанием фазовых соотношений и две соответствующие схемы, каждая из которых содержит 2 + 2 рас­щепляющих цепи, изображены на рис. 1.34. В противоположность 0°-схеме сопротивление R₂ будет в данном случае внешним элементом. Сопротивления R,-R₄ можно свободно выбирать в качестве нагрузки или поглощающего элемента. Обратите внимание на то, что сопротивления R имеют различные значения. Значение нижней рабочей частоты f_MHH для входа r! составляет в данной схеме 0 Гц, а вообще оно зависит от типа трансформатора. Между входами R_i и R₂, а также R₃ и R₄ существует полная развязка, не зависящая от многочисленных возможных конфигураций схем.

Если требуется иметь одинаковые входные сопротивления для всех входов гибридного ответвителя, то следует использовать 0°/180°-схемы, изображенные на рис. 1.35. Для

Рис. 1.35. Схемы двух 0"/180"-гибридных ответвителей, каж­дый из которых образован 2 + 2 расщепляющимися це­пями. Эти схемы имеют оди­наковые входные сопротив­ления.

входа Rj этих схем область частот вблизи 0 Гц является нерабочей; величина нижней граничной частоты Г_мнн рабочего диапазона зависит от частотной характеристики транс­формирующей квазилинии.

Для всех схем, описанных выше, а в особенности для сложных, содержащих несколько трансформаторов и поглощающих сопротивлений, следует обращать особое внимание на электрическую симметрию, так как даже самые незначительные отклонения приводят к неприемлемому фазовому и амплитудному разбалансу, и в результате получаются значительные потери мощности и снижение А_х.