RU2109373C1 - Shf power divider-summer - Google Patents
Shf power divider-summer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2109373C1 RU2109373C1 RU93018641A RU93018641A RU2109373C1 RU 2109373 C1 RU2109373 C1 RU 2109373C1 RU 93018641 A RU93018641 A RU 93018641A RU 93018641 A RU93018641 A RU 93018641A RU 2109373 C1 RU2109373 C1 RU 2109373C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- axial
- line
- length
- coaxial
- diameter
- Prior art date
Links
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике СВЧ, а точнее к устройствам для деления или сложения СВЧ мощностей. Оно может быть использовано в радиотехнических системах различного назначения: для связи, радиолокации, технологических целей и др. The invention relates to microwave technology, and more specifically to devices for dividing or adding microwave power. It can be used in radio systems for various purposes: for communication, radar, technological purposes, etc.
Известен N-канальный сумматор мощности Куросавы и Магалхаиса (Kurosava K. and Magalhaes F. M. An X-band 10 W multiple diode oscillator, - Proc. IEEE, vol. 59, p. 102, Jan. 1971), осуществляющий прямое (за один шаг, без использования нескольких последовательных стадий) сложение мощностей твердотельных генераторов. Он представляет собой закороченный с одного конца отрезок прямогольного волновода, плоскости узких стенок которого являются плоскостями симметрии коаксиалов. Коаксиалы расположены с интервалом λв/2, , а расстояние от короткозамыкателя до оси ближайшего коаксиала равно λв/4 (λв- длина волны в волноводе). Твердотельный СВЧ-генератор с четвертьволновым трансформатором расположен с одного конца каждого коаксиала в разрыве внутреннего проводника, а у противоположного его конца находится согласованная нагрузка, стабилизирующая работу твердотельного генератора.The well-known N-channel adder power Kurosawa and Magalhais (Kurosava K. and Magalhaes FM An X-band 10 W multiple diode oscillator, - Proc. IEEE, vol. 59, p. 102, Jan. 1971), performing direct (in one step , without using several successive stages) the addition of the power of solid-state generators. It is a segment of a straight-line waveguide shorted at one end, the planes of the narrow walls of which are the planes of symmetry of the coaxials. Coaxials are spaced λ in / 2, and the distance from the short circuit to the axis of the nearest coax is λ in / 4 (λ in is the wavelength in the waveguide). A solid-state microwave generator with a quarter-wave transformer is located at one end of each coaxial in the gap of the inner conductor, and at the opposite end there is a coordinated load stabilizing the operation of the solid-state generator.
Более широко используется сумматор мощности твердотельных СВЧ-генераторов Харпа и Стоверв (Harp R.S. and Stover H.L. Power combining of X-band IMPATT circuit modules. - IEEE Int. Solid-State Circuit Conf., 1973). В этом устройстве коаксиалы, подобные описанные выше, размещают циклически симметрично по периферии цилиндрического резонатора, работающего на волне TMONO, где N - число вариаций поля по радиусу резонатора. Связь цилиндрического резонатора с коаксиалами осуществляется по магнитному полю, которое максимально на цилиндрической стенке резонатора. Электрическое поле максимально на оси резонатора, что позволяет, поместив здесь зонд, возбуждать осевую коаксиальную линию передачи, образующую выход сумматора.Harp RS and Stover HL Power combining of X-band IMPATT circuit modules. - IEEE Int. Solid-State Circuit Conf., 1973 are more widely used. In this device, coaxials similar to those described above are placed cyclically symmetrically around the periphery of a cylindrical resonator operating on the TM ONO wave, where N is the number of field variations along the radius of the resonator. The connection of the cylindrical resonator with coaxials is carried out by a magnetic field, which is maximum on the cylindrical wall of the resonator. The electric field is maximally on the axis of the resonator, which allows placing the probe here to excite the axial coaxial transmission line forming the output of the adder.
Другая разновидность этого сумматора может иметь выход в виде прямоугольного волновода, связанного с цилиндрическим резонатором через окно в его цилиндрической стенке, расположенной между двумя входными коаксиалами в плоскости поперечного сечения выходного волновода. Такое окно может быть предпочтительным для подавления нежелательных мод резонатора. Another variation of this adder may have an output in the form of a rectangular waveguide connected to a cylindrical resonator through a window in its cylindrical wall located between two input coaxials in the plane of the cross section of the output waveguide. Such a window may be preferred for suppressing unwanted cavity modes.
Рассмотренные выше аналоги объединяет то, что область сложения мощностей в них является резонатором. Сумматор СВЧ Харпа и Стовера более компактен. Это связано с азимутальной симметрией полей используемых мод цилиндрического резонатора, в результате чего коаксиалы могут быть размещены как угодно близко друг к другу (а не на расстоянии λ/2, как в сумматоре Куросавы и Магалхаиса). Однако поперечный размер сумматора Харпа и Стовера ограничен снизу условием возбуждения ТМ-мод: D > λ/1,3, , где D - диаметр резонатора. При большом числе входных каналов увеличивается диаметр резонатора и индекс N рабочей моды. Поэтому требуется применять специальные меры для подавления паразитных мод, имеющих изменяющуюся компоненту тока (азимутальных мод). Для этого могут использоваться, например, радиальные щели, заполненные поглотителем, что усложняет конструкцию сумматора. Отметим, что оба рассмотренных выше сумматора мощностей не могут быть использованы в качестве делителей из-за наличия в коаксиалах согласованных нагрузок. The analogues considered above are united by the fact that the power addition region in them is a resonator. The Harp and Stover microwave adder is more compact. This is due to the azimuthal symmetry of the fields of the used modes of the cylindrical resonator, as a result of which the coaxials can be placed arbitrarily close to each other (and not at a distance of λ / 2, as in the adder of Kurosawa and Magalhais). However, the transverse size of the Harp and Stover adders is limited from below by the condition for excitation of the TM modes: D> λ / 1.3, where D is the diameter of the resonator. With a large number of input channels, the diameter of the resonator and the index N of the working mode increase. Therefore, it is necessary to apply special measures to suppress spurious modes having a varying current component (azimuthal modes). For this, for example, radial slots filled with an absorber can be used, which complicates the design of the adder. Note that both power combiners considered above cannot be used as dividers due to the presence of coordinated loads in coaxials.
Поэтому в качестве прототипа возьмем делитель-сумматор СВЧ-мощности Мацумуры, примененный для усиления микроволновой мощности (Matsumura H. Analysis of a Microwave Amplifler Using a Combiner/Divider with Circular Cavities. - IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, vol. 38, no. 7, July 1990). Он включает цилиндрический резонатор, работающий на TMONO волне, связанный зондами с (N+1)-ой коаксиальными линиями передачи, N из которых расположены циклически симметрично по окружности, а одна - по оси цилиндрического резонатора. Достоинством этого устройства является возможность его использования как в качестве сумматора, так и делителя СВЧ-мощности, а также простота конструкции и малые потери. Недостатками являются относительно большие поперечные размеры, связанные, как и в случае предыдущего аналога, с условием возбуждения TV-мод в цилиндрическом резонаторе, а также необходимость применять специальные меры для подавления паразитных азимутальных мод.Therefore, as a prototype we take Matsumura's microwave power divider-adder used to amplify microwave power (Matsumura H. Analysis of a Microwave Amplifler Using a Combiner / Divider with Circular Cavities. - IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, vol. 38, no . 7, July 1990). It includes a cylindrical resonator operating on the TM ONO wave, coupled by probes to the (N + 1) th coaxial transmission lines, N of which are located cyclically symmetrically around the circumference, and one - along the axis of the cylindrical resonator. The advantage of this device is the possibility of its use both as an adder and a microwave power divider, as well as simplicity of design and low losses. The disadvantages are the relatively large transverse dimensions associated, as in the case of the previous analogue, with the condition of excitation of TV modes in a cylindrical resonator, as well as the need to apply special measures to suppress parasitic azimuthal modes.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение размеров устройства. The technical result of the invention is to reduce the size of the device.
Технический результат достигается тем, что делитель - сумматор СВЧ-мощности, имеющий (N+1)-ю входную коаксиальную линию передачи, содержит область связи этих линий передачи, выполненную в виде экранированной многопроводной линии передачи длиной λ/4 , внутренние проводники которой служат продолжением внутренних проводников коаксиальных линий передачи, причем кольцевая область связи многопроводной линии с осевым коаксиалом перекрывает проекции на ее плоскость кольцевых областей связи с другими коаксиалами при выполнении соотношений
(D-Dв)/λ < 1
π(D+Dв)/2λ < m,
где m=N при N нечетном и m=N/2 при N четном;
D - диаметр экранирующего проводника отрезка экранированной многопроводной линии;
Dв - диаметр осевого проводника отрезка экранированной многопроводной линии;
λ - длина волны.The technical result is achieved by the fact that the divider is an adder of microwave power having an (N + 1) th input coaxial transmission line, contains a communication region of these transmission lines, made in the form of a shielded multi-wire transmission line of length λ / 4, the internal conductors of which are a continuation internal conductors of coaxial transmission lines, and the annular communication region of the multi-wire line with the axial coaxial overlaps the projection onto its plane of the annular communication regions with other coaxials when the relations
(DD in ) / λ <1
π (D + D in ) / 2λ <m,
where m = N for N odd and m = N / 2 for N even;
D is the diameter of the shielding conductor segment of the shielded multi-wire line;
D in - the diameter of the axial conductor of the segment of the shielded multi-wire line;
λ is the wavelength.
Второе из этих соотношений означает, что отношение длины "средней окружности" отрезка многопроводной линии к длине волны должно быть меньше "индекса симметрии" m устройства. Оно приводит к тому, что тип волны Hm1 с одной вариацией по радиусу равным m или большим его оказываются нераспространяющимися. Первое же из приведенных выше соотношений означает условие нераспространения всех остальных типов E- и H-волн. Условие запредельности всех высших типов волн может быть получено из второго условия при m=1. Оно включает в себя и первое из приведенных выше условий. Поэтому условие запредельности всех высших типов волн, отражающий одномодовый режим работы устройства, записывается в виде
π(D+Dв)/2λ < 1.
На чертеже изображена практическая реализация делителя-сумматора СВЧ-мощности с обозначением геометрических параметров, где приняты следующие обозначения: 1 - входные коаксиальные линии передачи, 2 - экранирующий цилиндр многопроводной линии, 3 - цилиндрически симметричные внутренние проводники многопроводной линии, 4 - осевой проводник многопроводной линии, 5 - осевой коаксиал (на чертеже его длина равна нулю), 6 - трансформатор волновых сопротивлений, 7 - вход делителя СВЧ-мощности. Предусмотрено водяное охлаждение проводников многопроводной линии делителя, рассчитанного на большую входную СВЧ-мощность (5-10 кВт стационарной мощности). Трансформатор 6 служит для перехода ко входному коаксиалу заданного размера.The second of these ratios means that the ratio of the length of the "middle circle" of the segment of the multi-wire line to the wavelength should be less than the "symmetry index" m of the device. It leads to the fact that the type of the wave H m1 with one radius variation equal to m or greater is non-propagating. The first of the above relations means the condition of non-propagation of all other types of E- and H-waves. The condition of the transcendence of all higher types of waves can be obtained from the second condition for m = 1. It includes the first of the above conditions. Therefore, the condition of the transcendence of all higher types of waves, reflecting the single-mode operation of the device, is written in the form
π (D + D in ) / 2λ <1.
The drawing shows a practical implementation of the microwave power divider-adder with a designation of geometric parameters, where the following designations are adopted: 1 - input coaxial transmission lines, 2 - shielding cylinder of a multi-wire line, 3 - cylindrically symmetric inner conductors of a multi-wire line, 4 - axial conductor of a multi-wire line 5 - axial coaxial (in the drawing its length is zero), 6 - wave impedance transformer, 7 - input of the microwave power divider. Water cooling is provided for the conductors of the multi-wire line of the divider, designed for a large input microwave power (5-10 kW of stationary power). Transformer 6 is used to go to the input coaxial of a given size.
Согласование входа делителя упрощается при максимальном перекрытии проекций на основание экранирующего цилиндра кольцевых областей связи осевого и периферийных коаксиалов с многопроводной линией, которое достигается при δ = 0. Coordination of the input of the divider is simplified when the projections onto the base of the shielding cylinder overlap annularly between the axial and peripheral coaxials with the multi-wire line, which is achieved at δ = 0.
При значениях геометрических параметров D=50 мм, D0=38 мм, BВ=27 мм, Dн= 32 мм, dв= 4 мм, dн=10 мм, 1 = λ/4 = 30,6 мм, коэффициент стоячей волны на входе делителя k < 1.1. При этом волновое сопротивление осевого коаксиала ≈ 10 Ом, а периферийных 50 Ом. Особенностью конструкции делителя является то, что диаметр осевого проводника многопроводной линии в несколько раз превышает диаметр периферийного.For values of the geometric parameters D = 50 mm, D 0 = 38 mm, B = 27 mm B, D n = 32 mm, d = 4 mm at, d n = 10 mm, 1 = λ / 4 = 30.6 mm coefficient of a standing wave at the input of the divider k <1.1. In this case, the impedance of the axial coaxial is ≈ 10 Ohms, and peripheral 50 Ohms. A design feature of the divider is that the diameter of the axial conductor of the multi-wire line is several times larger than the diameter of the peripheral.
При подаче на вход 7 делителя СВЧ-мощности возбуждается ТЕМ-волна многопроводной линии, трансформирующаяся в основную волну выходных коаксиальных линий передачи 1. При этом образуется N синфазных выходных СВЧ-сигналов. Подбором размеров входного коаксиала 5 и соевого проводника 4 многопроводной линии можно добиться полного согласования по входу устройства. В случае, если области связи входного и выходного коаксиалов многопроводной линии не перекрываются, достижимый уровень согласования резко ухудшается, и в этом случае требуется использование дополнительных согласующих устройств, что приводит к уменьшению рабочей полосы частот устройства. When a microwave power divider is fed to input 7, a TEM wave of a multi-wire line is excited, transforming into the main wave of output coaxial transmission lines 1. In this case, N common-mode output microwave signals are generated. By selecting the dimensions of the input coaxial 5 and soybean conductor 4 of the multi-wire line, it is possible to achieve full agreement on the input of the device. If the communication areas of the input and output coaxials of the multi-wire line do not overlap, the achievable level of coordination deteriorates sharply, and in this case the use of additional matching devices is required, which leads to a decrease in the operating frequency band of the device.
При работе в качестве сумматора входами являются периферийные коаксиалы, а выходом - осевой коаксиал заявляемого устройства. When working as an adder, the inputs are peripheral coaxials, and the output is the axial coaxial of the claimed device.
Ввиду того, что предложенное устройство работает на ТЕМ-волне, не имеющей критической длины, снимается прежнее ограничение снизу на размеры устройства. Эти размеры могут теперь определяться лишь допустимыми размерами коаксиальных линий передачи, которые, в свою очередь, зависят от передаваемой мощности и конструктивных соображений. Due to the fact that the proposed device operates on a TEM wave that does not have a critical length, the previous restriction from below on the dimensions of the device is removed. These sizes can now be determined only by the permissible sizes of the coaxial transmission lines, which, in turn, depend on the transmitted power and design considerations.
Claims (2)
(D-Dв)/λ < 1;
π(D+Dв)/2λ < m,
где m = N при N нечетном и m = N/2 при N четном;
D - диаметр экранирующего проводника отрезка экранированной многопроводной линии;
Dв - диаметр осевого проводника отрезка экранированной многопроводной линии;
λ - длина волны.1. A microwave power divider-adder containing N cyclically symmetrically arranged and one axial input coaxial lines and a communication element between them, characterized in that the communication element is made in the form of a segment of a shielded multi-wire transmission line of length λ / 4, the internal conductors of which are a continuation the inner conductors N of cyclically symmetrically arranged input coaxial lines and the axial input coaxial line, respectively, while the projection of the outer conductors N is cyclically symmetrically arranged GOVERNMENTAL input coaxial lines intersect with the axial projection of the outer conductor of the coaxial input line to the plane of its cross section when the ratios
(DD c ) / λ <1;
π (D + D in ) / 2λ <m,
where m = N for N odd and m = N / 2 for N even;
D is the diameter of the shielding conductor segment of the shielded multi-wire line;
D in - the diameter of the axial conductor of the segment of the shielded multi-wire line;
λ is the wavelength.
π(D+Dв)/2λ < 1.о2. The divider-adder according to claim 1, characterized in that the relative sizes satisfy the ratio
π (D + D in ) / 2λ <1.о
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93018641A RU2109373C1 (en) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | Shf power divider-summer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93018641A RU2109373C1 (en) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | Shf power divider-summer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93018641A RU93018641A (en) | 1995-09-10 |
| RU2109373C1 true RU2109373C1 (en) | 1998-04-20 |
Family
ID=20140054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93018641A RU2109373C1 (en) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | Shf power divider-summer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2109373C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2149485C1 (en) * | 1999-03-24 | 2000-05-20 | Государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений | Coaxial pulse transformer on heterogeneous line |
| RU2185012C1 (en) * | 2001-04-26 | 2002-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений" | Device for feeding high-voltage pulses into tem- horn antenna |
| RU2225661C2 (en) * | 2001-12-06 | 2004-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ижевский электромеханический завод" "Купол" | Waveguide power system for phased antenna array |
| RU2231176C2 (en) * | 2002-07-12 | 2004-06-20 | Батталов Ринат Гимазетдинович | Waveguide power supply system |
| RU2392733C1 (en) * | 2009-05-28 | 2010-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" | Device for summing capacities of two microwave generators on magnetrons |
| RU2394357C2 (en) * | 2008-10-07 | 2010-07-10 | Юрий Михайлович Егоров | Device for summation of capacities of generators on magnetrons |
| RU2542755C1 (en) * | 2013-10-29 | 2015-02-27 | Владимир Михайлович Ефанов | Pulse transformer at inhomogeneous line |
-
1993
- 1993-04-08 RU RU93018641A patent/RU2109373C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 2. IEEE Trans, on MTT, v. 38, N 7, July, 1990. * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2149485C1 (en) * | 1999-03-24 | 2000-05-20 | Государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений | Coaxial pulse transformer on heterogeneous line |
| RU2185012C1 (en) * | 2001-04-26 | 2002-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений" | Device for feeding high-voltage pulses into tem- horn antenna |
| RU2225661C2 (en) * | 2001-12-06 | 2004-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ижевский электромеханический завод" "Купол" | Waveguide power system for phased antenna array |
| RU2231176C2 (en) * | 2002-07-12 | 2004-06-20 | Батталов Ринат Гимазетдинович | Waveguide power supply system |
| RU2394357C2 (en) * | 2008-10-07 | 2010-07-10 | Юрий Михайлович Егоров | Device for summation of capacities of generators on magnetrons |
| RU2392733C1 (en) * | 2009-05-28 | 2010-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" | Device for summing capacities of two microwave generators on magnetrons |
| RU2542755C1 (en) * | 2013-10-29 | 2015-02-27 | Владимир Михайлович Ефанов | Pulse transformer at inhomogeneous line |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Levy | Tapered corrugated waveguide low-pass filters | |
| US4567401A (en) | Wide-band distributed rf coupler | |
| US3091743A (en) | Power divider | |
| Bryant | Propagation in corrugated waveguides | |
| Tribak et al. | Ultra-broadband high efficiency mode converter | |
| US5801598A (en) | High-power RF load | |
| US3160826A (en) | Microwave amplifier and oscillator utilizing negative resistance device | |
| RU2109373C1 (en) | Shf power divider-summer | |
| US3715688A (en) | Tm01 mode exciter and a multimode exciter using same | |
| US3775694A (en) | Amplifier for microwaves comprising radial waveguide-hybrid coupler | |
| US2806138A (en) | Wave guide frequency converter | |
| IL292207B1 (en) | High frequency heterodyne mixer | |
| Bird et al. | Input mismatch of TE 11 mode coaxial waveguide feeds | |
| EP0906657B1 (en) | Frequency converter for the application on millimetric radio waves | |
| US3144624A (en) | Coaxial wave filter | |
| US3872412A (en) | Dielectric-loaded chokes | |
| US3706948A (en) | Comb-line filter structure having reduced length and width | |
| US3071729A (en) | Microwave mixer for mutually orthogonal waveguide modes | |
| US3909754A (en) | Waveguide bandstop filter | |
| US3349346A (en) | Rectangular to circular waveguide transition | |
| US3049679A (en) | Microwave power multiplier | |
| US3428911A (en) | Resonant-line transistor amplifier | |
| Thomas | Mode conversion using circumferentially corrugated cylindrical waveguide | |
| RU234225U1 (en) | HARMONIC MIXER | |
| Harris et al. | Groove-and H-Waveguide Design and Characteristics at Short Millimetric Wavelengths |