Главная » Карты » Направленный ответвитель своими руками

Направленный ответвитель своими руками

Новый интересный документ на сайте

Полная версия - http://сайт/index.php?act=categories&CODE=article&article=3595

ПРЕДИСЛОВИЕ
Во время моих экспериментов на УКВ и нижних СВЧ диапазонах, я столкнулся с проблемой
точного измерения КСВ. Коммерческие КСВ-метры редко доступны для этих диапазонов и либо
недостаточно точны, либо слишком дороги. И решил я сделать мой собственный КСВ-метр.
Но какой тип? Из моих предыдущих экспериментов с направленными ответвителями, я пришел
к выводу, что планарные направленники не слишком подходят для этого применения.
Они имеют много недостатков и их конструкция довольно сложна. Таким образом, попивая
старопраменское, решил я, други мои, поискать в других местах.
Идея КСВ-метра, который я собираюсь описать в этой статье, стянута у Пола G7EYT. Смотрите
ссылку [Л.1].

ОБЩАЯ КОНЦЕПЦИЯ
Принципиальная схема КСВ-метра показанана Рис. 1. Можно видеть, что КСВ-метр состоит из
трех основных частей: направленный ответвитель, два детектора и блок отображения.
Направленный ответвитель используется для оделения части мощности от падающей и
отраженной волны.
Детекторы преобразуют эту высокочастотную энергию в постоянный ток, который отображается
в блоке отображения. Все эти части описаны далее. Последующие разделы демонстрируют мою
конструкцию КСВ-метра.

Направленный ответвитель:
Направленный ответвитель сделан из двух отрезков полужесткого коаксиального кабеля с
наружный диаметром 3.5 мм. Оба кабеля имеют продольные проточки, пропиленные в
экранирующем проводнике, так что внутренние проводники открыты.
Эти зазоры имеют 60 мм в длину и 1 мм в ширину (Paul использует проточку 30x2mm
[Л.1]. Но его направленный ответвитель используется для ISM диапазона, такчто, он половинной
длины.) Обе линии сжаты и спаяны вместе таким образом, что зазоры перекрываются.

Это обеспечивает связь между двумя линиями, сохраняя при этом характеристический импеданс
линий практически без изменений.
Также, коаксиальная концепция обеспечивает низкое излучение, хорошую передачу между
разъёмами и собственно направленным ответвителем и, таким образом, обеспечит низкие
вносимые потери и низкий входной и выходной коэффициенты отражения.

Детекторы:
Детекторы также следуют концепции Павла [Л.1].
Единственное отличие состоит в типе используемых детекторных диодов. Можно сказать, что
могут быть использованы практически любые СВЧ диоды Шоттки с низким напряжением
барьера. Я использовал какой-то неизвестный тип из какого то связного прибора. Вы можете
использовать корпус с двумя диодами (как у меня), два диода в разных корпусах или даже один
диод, но у него чувствительность будет похуже

Можно прикинуть по-грубому, что чувствительность однодиодного выпрямителя будет на 6дБ
хуже (половина напряжения), чем в случае двухдиодного выпрямителя, что довольно ощутимо.

Кроме прочего, оба детектора должны использовать один и тот же тип детекторных диодов
(полностью идентичные), чтобы обеспечить достоверность измерения.

Блок отображения:
В моей конструкции я использовал широкораспространённую концепцию двух стрелочных
измерителей с потенциометром для подстройки чувствительности.
Измеритель, подключенный к детектору #1, показывает проходящую мощность, а измеритель,
подключенный к детектору #2, показывает мощность отраженного сигнала. Если мы
устанавливаем потенциометр так, чтобы измеритель проходящей мощности отклонился на
полную шкалу, то второй измеритель (отраженная мощность) покажет нам непосредственно
значение КСВ (второй прибор должен быть откалиброван для КСВ).

ИЗГОТОВЛЕНИЕ НАПРАВЛЕННОГО ОТВЕТВИТЕЛЯ
Направленный ответвитель выглядит простым, но его изготовление не так легко и
однозначно. Я попытаюсь описать здесь некоторые советы и рекомендации.
Единственным подходящим типом кабеля для этого устройства является «полужесткий »
коаксиальный кабель в медной трубке (semirigid).
Общедоступный более гибкий коаксиальный кабель (semiflexible) с пелетеной и лужёной
внешней обкладкой, не подходит. Ибо, непросто будет его точить.

Прежде всего, вы должны подготовить обе части полужесткого кабеля. Отрезать куски кабеля на
соответствующую длину (60 мм для участка связи + необходимую участок под разъёмы) и
подготовить все четыре конца для пайки разъёмов.

Не паять разъёмы прямо сейчас, они будут охлаждать куски кабеля во время спайки кабелей в
месте проточки.

Выровнять оба куска кабеля, отмерить 60 мм в середине для промежутков и подогнуть все
концы. Довольно рискованно подгибать кабели после проточки - вы можете их легко
деформировать.

Затем спаяйте линии в середине (если вы используете алюминиевые коаксиалы, то применить
паяльный флюс для алюминия), потом зажать все в тиски и проточить зазоры в середине.
(чотта не догнал, как он себе представляет спаяные кабели точить).

Размеры проточек должны быть приблизительно 60x1mm, но по опыту моих измерений, это не
строгое требование. Длина проточки должна быть от 50 до 70 мм, если вы хотите использовать
диапазон от 144 до 1296MHz.

Ширина зазоров также не сильно критична. Если сделаете более широкие проточки, то
внутренние проводники будут находиться на меньшем расстоянии друг от друга и получите
более сильный коэффициент связи. Тогда КСВ-метр будет иметь бОльшую чувствительность и
будет работать с более слабыми сигналами.

Небольшая окантовка по краям зазоров не влияет на конечные параметры.

После того, как обе щели проточены, можете спаять линии вместе. Позаботьтесь о хорошем
перекрытии на участке проточки! Когда все собрано, припаять разъёмы.

Моя конструкция направленного ответвителя показана на рисунке 2.

Взаимодействие факторов.

Экологические факторы обычно действуют совместно, т.е. в комплексе. Все организмы существуют при одновременном воздействии на них множества различных факторов окружающей среды – (освещенности, температуры, влажности, концентрации питательных веществ и пр.). Некоторые факторы не ограничивают развитие организмов, т.к. их значения находятся в области оптимума, другие факторы тормозят или ограничивают развитие, поскольку их значения находятся в области пессимума.

В общем виде взаимодействие различных факторов, влияющих на один и тот же организм или группу организмов, может сводиться либо к суммированию эффектов их влияния (аддитивность), либо к обоюдному усилению их взаимодействия (синергизм). Возможно также взаимное ослабление эффектов влияния факторов на организмы (антагонизм). Таким образом, одни факторы могут усиливать или смягчать действие других факторов.

Направленный ответвитель обеспечивает направленное ответвление малой части мощности высокочастотных колебаний, распространяющихся от генератора по основному тракту, к измерительной и индикаторной аппаратуре.

Направленный ответвитель состоит из двух отрезков линии (основной и вспомогательной), электрически связанных между собой. Основной отрезок включается последовательно в линию передачи высокочастотной энергии, поэтому его волновое сопротивление должно быть равно волновому сопротивлению передающего тракта. Небольшая часть передаваемой по тракту мощности посредством элементов связи ответвляется во вспомогательный отрезок линии, к выходу которого подсоединяется измерительная или индикаторная аппаратура.

Принцип работы устройства рассмотрим на примере простейшего волноводного направленного ответвителя с двумя отверстиями связи, схема которого приведена на рис. 1.

Энергия поступает в плечо 1 основной линии. Каждое из отверстий возбуждает в связанной линии по две волны, одна из которых поступает в плечо 3, а вторая - в плечо 4. В плече 4 волны от двух отверстий складываются в фазе, так как общая длина пути, проходимого этими волнами от плеча 1 до плеча 4, одинакова. В плечо 3 волны приходят в противофазе, так как путь волны из плеча 1 в плечо 3 через отверстие 1 короче пути волны, проходящей из плеча 1 в плечо 3 через отверстие 2, на ( - длина волны в волноводе). Почти вся ответвляющаяся энергия поступает в плечо 4, а в плече 3 амплитуда суммарной волны практически равна нулю. Большая часть энергии из плеча 1 пройдет в плечо 2 к нагрузке.

Направленные ответвители характеризуются следующими параметрами: переходным ослаблением, направленностью, коэффициентом стоячей волны, диапазоном частот, допустимой мощностью рассеивания.

Переходным ослаблением или связью называют отношение мощности ответвленной волны во вспомогательной линии к мощности прямой волны , распространяющейся в основной линии в том же направлении. Это отношение измеряется при чисто бегущей волне в линиях и выражается в децибелах:

Мощности в плечах направленного ответвителя.

Существует другая формула для определения переходного ослабления :

Результаты расчетов "С" по формулам и очень близки.

Переходное ослабление зависит от количества и размеров отверстий связи.

Направленностью ответвителя называется отношение мощности волны, распространяющейся во вспомогательной линии в обратном направлении, к мощности волны, распространяющейся в этой же линии в прямом направлении, и также выражается в децибелах :

Величина КСВ направленного ответвителя определяется при условии, что основная линия нагружена на согласованную нагрузку.

Диапазон частот направленного ответвителя зависит от заданных пределов направленности и, как показывают расчеты и экспериментальные данные, расширяется с увеличением числа элементов связи.

Допустимая мощность рассеивания направленным ответвителем определяется поглощающим сопротивлением вспомогательной линии (плечо 3 рис.2).

На рис. 2 изображен волноводный направленный ответвитель, который исследуется в данной работе. Связь между основным и вспомогательным волноводами осуществляется через три отверстия в общей узкой стенке волноводов, в плечо 3 помещена поглощающая нагрузка.

Направленные ответвители могут использоваться для:

¾ контроля проходящей по тракту мощности;

¾ измерения КСВ (путем измерения мощностей, пропорциональных падающей и отраженной мощностей в основном тракте);

¾ работы в смесителях СВЧ супергетеродинных приемников и т.д.

Материал из Википедии - свободной энциклопедии

Направленный ответвитель - устройство для ответвления части электромагнитной энергии из основного канала передачи во вспомогательный. Направленный ответвитель (НО) представляет собой два (иногда более) отрезка линий передачи, связанных между собой определённым образом, основная линия называется первичной, вспомогательная - вторичной. Для нормальной работы НО один из концов вторичной линии (нерабочее плечо) должен быть заглушён согласованной нагрузкой, со второго (рабочего плеча) снимается ответвлённый сигнал, в зависимости от того, какую волну в первичной линии надо ответвить - падающую или отражённую, выбирается, какое плечо вторичной линии будет рабочим. Математически свойства направленных ответвителей описываются с помощью S-матриц (матриц рассеяния).

Радиочастотные направленные ответвители являются обратимыми, то есть при подаче мощности на связанную линию устройство работает как направленный инжектор (сумматор) мощности в основную линию.

Применение

Направленные ответвители широко применяются в разных отраслях радиоэлектроники , как в качестве самостоятельных устройств в кабельных и волноводных линиях, так и в качестве элементов радиоэлектронной аппаратуры. Как самостоятельные устройства НО используются для разветвления сигнала с линии (например, телевизионные разветвители) и для контроля параметров сигнала в линии и её согласования. Как элементы аппаратуры НО используются в основном в радиоизмерительных приборах - СВЧ ваттметрах , приборах для измерения КСВ , коэффициента передачи , установках для поверки аттенюаторов и измерения ослаблений , а также в других случаях.

Классификация

Радиочастотные направленные ответвители
- Волноводные НО
- Волноводно-коаксиальные НО
- Волноводно-полосковые НО
- Коаксиальные НО
- Полосковые НО
- Шлейфные НО
- НО на сосредоточенных элементах
Оптические (волоконно-оптические) направленные ответвители

Устройство радиочастотных НО

Волноводные НО

Шлейфные НО

Шлейфные НО реализуются, обычно, в виде интегральных микросхем , они состоят из двух отрезков полосковых линий передачи, соединённых между собой с помощью двух и более шлейфов, длины и расстояния, между которыми равны четверти длины волны, определённой в полосковой линии передачи. С увеличением числа шлейфов направленность и диапазонные характеристики шлейфового НО улучшаются. Однако при числе шлейфов более трёх их волновые сопротивления становятся настолько большими, что практически не могут быть реализованы в печатном исполнении. В связи с этим в ИС СВЧ наибольшее распространение получили двух- и трёхшлейфные НО.

НО на сосредоточенных элементах

На метровых и более длинных волнах НО из отрезков линий передачи обычно не применяются из-за своей громоздкости, вместо них используются ответвители на сосредоточенных реактивных элементах. В этих ответвителях отрезки линий заменены четырёхполюсниками из реактивных сосредоточенных сопротивлений. В зависимости от схемы соединения элементов между собой такие ответвители могут быть эквивалентны шлейфным НО или НО на связанных линиях.

НО на диэлектрических волноводах

На миллиметровых и более коротких волнах НО из отрезков металлических волноводов применять не эффективно из-за узкой полосы пропускания, вместо них удобно использовать НО образованные двумя отрезками диэлектрических волноводов (ДВ), плавно сведённых на некоторое расстояние. Использование гибких диэлектриков позволяет делать такие НО с регулируемым коэффициентом деления мощности в плечи (2)и (4) и фазовым сдвигом. А также эти НО отличаются от НО на МВ очень высокой степенью развязки между входом (1) и выходом (3).

(1)---\ /---(2) \____/ /----\ (3)---/ \---(4)

Основные нормируемые характеристики

Переходное ослабление - логарифм отношения входной мощности основной линии к мощности, ответвлённой в рабочее плечо вспомогательной линии
Направленность - логарифм отношения мощностей на выходе рабочего и нерабочего плеч вторичной линии
Развязка - логарифм отношения мощности на входе первичной линии к мощности в нерабочем плече вторичной линии
Коэффициент стоячей волны первичной и вторичной линии

Устройство оптических НО

См. также

Напишите отзыв о статье "Направленный ответвитель"

Литература

Сазонов Д. М., Гридин А. М., Мишустин Б. А. - М: Высш. школа, 1981
Чернушенко А. М. - 1990
А. Е. Аксенов. Направленный ответвитель на сосредоточенных индуктивных и ёмкостных элементах. - Радиотехника, 1976, № 2
Фельдштейн А. Л., Явич Л. Р. Синтез четырёхполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. - М.: Связь, 1971
Справочник по элементам полосковой техники / Под ред. А. Л. Фельдштейна - М.: Связь, 1978
Справочник по радиоэлектронным устройствам. В 2-х т. / Под ред. Д. П. Линде - М.: Энергия, 1978
Справочник по элементам радиоэлектронных устройств / Под ред. В. Н. Дулина и др. - М.: Энергия, 1978
Диэлектрические волноводы / Взятышев В. Ф. - М.: Советское радио, 1970
Микроэлектронные устройства СВЧ: Учеб. пособие для радиотехнических специальностей вузов / Под ред. Г. И. Веселова. - М.: Высш. шк., 1988

Нормативно-техническая документация

ОСТ11-224.007-82 Ответвители направленные коаксиальные. Общие технические требования
ОСТ11-П0.224.001-70 Ответвители направленные волноводные с равным делением мощности
ОСТ4-397.001-85 Ответвители и разветвители пассивные оптические. Руководство по применению
ОСТ4-397.006-85 Ответвители и разветвители пассивные оптические. Общие технические условия
ТУ 11-ХШМ0.356.074ТУ-88 Ответвители направленные прецизионные

Ссылки

Отрывок, характеризующий Направленный ответвитель

Несмотря на то, что Иогель не признавал эту мазурку настоящей, все были восхищены мастерством Денисова, беспрестанно стали выбирать его, и старики, улыбаясь, стали разговаривать про Польшу и про доброе старое время. Денисов, раскрасневшись от мазурки и отираясь платком, подсел к Наташе и весь бал не отходил от нее.

Два дня после этого, Ростов не видал Долохова у своих и не заставал его дома; на третий день он получил от него записку. «Так как я в доме у вас бывать более не намерен по известным тебе причинам и еду в армию, то нынче вечером я даю моим приятелям прощальную пирушку – приезжай в английскую гостинницу». Ростов в 10 м часу, из театра, где он был вместе с своими и Денисовым, приехал в назначенный день в английскую гостинницу. Его тотчас же провели в лучшее помещение гостинницы, занятое на эту ночь Долоховым. Человек двадцать толпилось около стола, перед которым между двумя свечами сидел Долохов. На столе лежало золото и ассигнации, и Долохов метал банк. После предложения и отказа Сони, Николай еще не видался с ним и испытывал замешательство при мысли о том, как они свидятся.
Светлый холодный взгляд Долохова встретил Ростова еще у двери, как будто он давно ждал его.
– Давно не видались, – сказал он, – спасибо, что приехал. Вот только домечу, и явится Илюшка с хором.
– Я к тебе заезжал, – сказал Ростов, краснея.
Долохов не отвечал ему. – Можешь поставить, – сказал он.
Ростов вспомнил в эту минуту странный разговор, который он имел раз с Долоховым. – «Играть на счастие могут только дураки», сказал тогда Долохов.
– Или ты боишься со мной играть? – сказал теперь Долохов, как будто угадав мысль Ростова, и улыбнулся. Из за улыбки его Ростов увидал в нем то настроение духа, которое было у него во время обеда в клубе и вообще в те времена, когда, как бы соскучившись ежедневной жизнью, Долохов чувствовал необходимость каким нибудь странным, большей частью жестоким, поступком выходить из нее.
Ростову стало неловко; он искал и не находил в уме своем шутки, которая ответила бы на слова Долохова. Но прежде, чем он успел это сделать, Долохов, глядя прямо в лицо Ростову, медленно и с расстановкой, так, что все могли слышать, сказал ему:
– А помнишь, мы говорили с тобой про игру… дурак, кто на счастье хочет играть; играть надо наверное, а я хочу попробовать.
«Попробовать на счастие, или наверное?» подумал Ростов.
– Да и лучше не играй, – прибавил он, и треснув разорванной колодой, прибавил: – Банк, господа!
Придвинув вперед деньги, Долохов приготовился метать. Ростов сел подле него и сначала не играл. Долохов взглядывал на него.
– Что ж не играешь? – сказал Долохов. И странно, Николай почувствовал необходимость взять карту, поставить на нее незначительный куш и начать игру.
– Со мной денег нет, – сказал Ростов.
– Поверю!
Ростов поставил 5 рублей на карту и проиграл, поставил еще и опять проиграл. Долохов убил, т. е. выиграл десять карт сряду у Ростова.
– Господа, – сказал он, прометав несколько времени, – прошу класть деньги на карты, а то я могу спутаться в счетах.
Один из игроков сказал, что, он надеется, ему можно поверить.
– Поверить можно, но боюсь спутаться; прошу класть деньги на карты, – отвечал Долохов. – Ты не стесняйся, мы с тобой сочтемся, – прибавил он Ростову.
Игра продолжалась: лакей, не переставая, разносил шампанское.
Все карты Ростова бились, и на него было написано до 800 т рублей. Он надписал было над одной картой 800 т рублей, но в то время, как ему подавали шампанское, он раздумал и написал опять обыкновенный куш, двадцать рублей.
– Оставь, – сказал Долохов, хотя он, казалось, и не смотрел на Ростова, – скорее отыграешься. Другим даю, а тебе бью. Или ты меня боишься? – повторил он.
Ростов повиновался, оставил написанные 800 и поставил семерку червей с оторванным уголком, которую он поднял с земли. Он хорошо ее после помнил. Он поставил семерку червей, надписав над ней отломанным мелком 800, круглыми, прямыми цифрами; выпил поданный стакан согревшегося шампанского, улыбнулся на слова Долохова, и с замиранием сердца ожидая семерки, стал смотреть на руки Долохова, державшего колоду. Выигрыш или проигрыш этой семерки червей означал многое для Ростова. В Воскресенье на прошлой неделе граф Илья Андреич дал своему сыну 2 000 рублей, и он, никогда не любивший говорить о денежных затруднениях, сказал ему, что деньги эти были последние до мая, и что потому он просил сына быть на этот раз поэкономнее. Николай сказал, что ему и это слишком много, и что он дает честное слово не брать больше денег до весны. Теперь из этих денег оставалось 1 200 рублей. Стало быть, семерка червей означала не только проигрыш 1 600 рублей, но и необходимость изменения данному слову. Он с замиранием сердца смотрел на руки Долохова и думал: «Ну, скорей, дай мне эту карту, и я беру фуражку, уезжаю домой ужинать с Денисовым, Наташей и Соней, и уж верно никогда в руках моих не будет карты». В эту минуту домашняя жизнь его, шуточки с Петей, разговоры с Соней, дуэты с Наташей, пикет с отцом и даже спокойная постель в Поварском доме, с такою силою, ясностью и прелестью представились ему, как будто всё это было давно прошедшее, потерянное и неоцененное счастье. Он не мог допустить, чтобы глупая случайность, заставив семерку лечь прежде на право, чем на лево, могла бы лишить его всего этого вновь понятого, вновь освещенного счастья и повергнуть его в пучину еще неиспытанного и неопределенного несчастия. Это не могло быть, но он всё таки ожидал с замиранием движения рук Долохова. Ширококостые, красноватые руки эти с волосами, видневшимися из под рубашки, положили колоду карт, и взялись за подаваемый стакан и трубку.
– Так ты не боишься со мной играть? – повторил Долохов, и, как будто для того, чтобы рассказать веселую историю, он положил карты, опрокинулся на спинку стула и медлительно с улыбкой стал рассказывать:
– Да, господа, мне говорили, что в Москве распущен слух, будто я шулер, поэтому советую вам быть со мной осторожнее.
– Ну, мечи же! – сказал Ростов.
– Ох, московские тетушки! – сказал Долохов и с улыбкой взялся за карты.
– Ааах! – чуть не крикнул Ростов, поднимая обе руки к волосам. Семерка, которая была нужна ему, уже лежала вверху, первой картой в колоде. Он проиграл больше того, что мог заплатить.
– Однако ты не зарывайся, – сказал Долохов, мельком взглянув на Ростова, и продолжая метать.

Через полтора часа времени большинство игроков уже шутя смотрели на свою собственную игру.
Вся игра сосредоточилась на одном Ростове. Вместо тысячи шестисот рублей за ним была записана длинная колонна цифр, которую он считал до десятой тысячи, но которая теперь, как он смутно предполагал, возвысилась уже до пятнадцати тысяч. В сущности запись уже превышала двадцать тысяч рублей. Долохов уже не слушал и не рассказывал историй; он следил за каждым движением рук Ростова и бегло оглядывал изредка свою запись за ним. Он решил продолжать игру до тех пор, пока запись эта не возрастет до сорока трех тысяч. Число это было им выбрано потому, что сорок три составляло сумму сложенных его годов с годами Сони. Ростов, опершись головою на обе руки, сидел перед исписанным, залитым вином, заваленным картами столом. Одно мучительное впечатление не оставляло его: эти ширококостые, красноватые руки с волосами, видневшимися из под рубашки, эти руки, которые он любил и ненавидел, держали его в своей власти.
«Шестьсот рублей, туз, угол, девятка… отыграться невозможно!… И как бы весело было дома… Валет на пе… это не может быть!… И зачем же он это делает со мной?…» думал и вспоминал Ростов. Иногда он ставил большую карту; но Долохов отказывался бить её, и сам назначал куш. Николай покорялся ему, и то молился Богу, как он молился на поле сражения на Амштетенском мосту; то загадывал, что та карта, которая первая попадется ему в руку из кучи изогнутых карт под столом, та спасет его; то рассчитывал, сколько было шнурков на его куртке и с столькими же очками карту пытался ставить на весь проигрыш, то за помощью оглядывался на других играющих, то вглядывался в холодное теперь лицо Долохова, и старался проникнуть, что в нем делалось.