Направленные ответвители и мостовые схемы

Направленный ответвитель и его частный случай - мостовая схема является взаимным, реактивным воcьмиполюсным устройством, в котором плечи попарно развязаны. Схема восьмиполюсника показана на рисунке 1.11. Матрица рассеяния взаимных систем симметрична, т.е. S12 = S21; S13 = S31; S14 = S41; S23 = S32; S34 = S43.

Большинство ответвителей имеют две плоскости симметрии [6]. Симметрия относительно плоскости I приводит к равенству следующих элементов матрицы: S13 = S24; S11 = S22; S33 = S44, а симметрия относительно плоскости II добавляет еще равенства S12 = S34; S11 = S33; S22 = S44; S14 = S23. В результате матрица рассеяния взаимного реактивного восьмиполюсника с двумя плоскостями симметрии приобретает вид

(1)

Взаимный реактивный восьмиполюсник обладает следующими свойствами: если он является направленным ответвителем, то согласуется со всех четырёх плеч. Справедливо и обратное: если восьмиполюсник согласован со всех плеч, то он является ответвителем. Это свойство восьмиполюсной схемы доказывается в общем виде из унитарности его матрицы рассеяния.

Рисунок 1.11 Восьмиполюсное устройство

Докажем вторую часть этого свойства восьмиполюсника на примере матрицы (1). Положим S11 = 0 и применим к (1) свойство унитарности в развёрнутом виде:

(2)

Найдём из (2, в) величину и подставим ее в (2, г). В результате получим S12(S14 S13 - S13 S14) = 0. Выражение , так как это противоречит (2, б). Следовательно, S12 = 0, т.е. согласование всех входов (S11 = 0) привело к тому, что передачи из плеча 1 в 2 и из плеча 3 в 4 нет. Матрица рассеяния устройства становится следующей:

(3)

Получили первый тип направленного ответвителя, схема которого изображена на рисунке 1.12, а. В нём мощность, подводимая к плечу 1, делится в плечах 3 и 4 в соответствии S132 и S142 =1- S132. Из (2, б) следует, что

Поля в выходных плечах 3 и 4 сдвинуты по фазе на р/2. Отметим, что если ответвитель имеет одну плоскость симметрии, то поля в выходных плечах либо синфазны, либо противофазны.

Рисунок 1.12 Три типа направленных ответвителей

Второй тип ответвителя показан на рисунке 1.12, б. В нем изолированы друг от друга плечи 1-4 и 2-3 (S14 = 0). В третьем типе ответвителя, изображенном на рисунке 1.12, в, отсутствует связь между плечами 1 - 3 и 2 - 4 (S13 = 0).

Любой ответвитель характеризуется двумя основными параметрами: переходным затуханием С и направленностью D.

Переходное затухание С для ответвителя первого типа будет

(4)

Переходное затухание определяет долю мощности, ответвляющуюся из плеча 1 в плечо 4. Зависимость величины С от частоты является частотной характеристикой ответвителя.

Для ответвителя первого типа направленность определяется как

(5)

этот параметр характеризует долю мощности, просачивающейся в плечо 2.

Наличие плоскостей симметрии у восьмиполюсников позволяет существенно упростить расчёт их матриц рассеяния, через элементы в которых находятся все необходимые параметры. При этом задача расчёта восьмиполюсника сводится к задаче расчёта двух четырехполюсников. Метод заключается в синфазном и противофазном возбуждении входов восьмиполюсника.

Пусть восьмиполюсник имеет плоскость симметрии 1 (см. рисунок 1.11). Подадим на вход 1 волну a1=a/2, на вход 2 - волну a2= - a/2, а входы 3 и 4 согласованы. В силу симметрии схемы при подобном противофазном возбужденни в плоскости симметрии 1 будет нуль напряжения, и здесь можно разместить металлическую плоскость. Восьмиполюсник распался на два несвязанных четырехполюсника. Обозначим их матрицу рассеяния как

С помощью этой матрицы рассеяния определим выходные волны как

Теперь возбудим входы 1 - 2 синфазно: a1=a/2; a2=a/2. При этом в плоскости 1 устанавливается пучность напряжения (режим холостого хода) и схема разделяется идеальной магнитной плоскостью на два одинаковых четырёхполюсника.

Лучшие статьи по информатике

Построение и анализ математической модели объекта управления
Построим математическую модель объекта управления в пространстве состояния Рисунок 2 Структурная схема ОУ В схеме четыре элемента, запасающих э ...

Электронные трансформаторы на основе высокочастотных структур с переключаемыми конденсаторами для автономных систем электроснабжения
Из основных тенденций развития радиоэлектронных средств (РЭС) и систем связи следует отметить с одной стороны все возрастающую степень использования интегра ...

Проектирование системы атмосферной оптической связи
В настоящее время на мировом рынке САОС прочно заняли определенную нишу, так как эта технология является вполне достойным конкурентом стационарной радиосвя ...