Доброго времени суток, коллеги!

Стоит задача спроектировать направленный ответвитель для измерения КСВ и контроля мощности мощного усилителя 250 - 500 W rms в диапазоне 470 - 862 MHz.

Изначально в MWO был спроектирован многослойный НО (4 листа ФАФ-4Д толщиной 2.5мм скреплённых конструктивно). На практике оказалось сложно реализовать землю в среднем слое (земля к среднему слою была подведена путём опайки фольгой торцов НО со "ступенькой" на среднем слое) и направленник вёл себя очень странно. Величина развязки на практике оказалась значительно меньшей расчетной и прямая волна лезла на выход отраженной, причем при подлючении согласованной нагрузки отраженная волна оказалась выше, чем при рассогласовании выхода НО.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

С удовольствием выслушаю того, кто сталкивался с подобной ситуацией и имеет опыт в решении данной проблемы. Может быть стоит отказаться от данного вида НО и применить другой?

1. НО с "гребенкой" на материале ФАФ-4Д толщиной 2.5мм
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Можно ли его применить в указанных условиях, а точнее, выдержит ли такой НО заданную выше мощность?

2. Я встречал НО, показанные на рисунке ниже, но никакой информации о расчете его не нашёл. НО представляет собой коаксиал с воздушным диэлектриком и круглым отверстием в стенке. К отверстию прикладывается плата с полоском определенной длинны, ширины и угла поворота относительно центральной жилы, с которого снимается падающая и отраженная волны. Поделитесь пожалуйсто информацией.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла


3. Может быть кто-то желает предложить свой вариант реализации НО.

А кто вам мешает эту самую мощность в НО рассчитать? Для НО вы для начала должны задаться коэффициентом ответвления мощности. Обычно не более -40 дБ. Для 800 Вт у вас в НО будет порядка 0.08 Вт.
Если вы можете посчитать собственно НО, то в чем вопрос то? (Я имею в виду коаксиальные ответвители).
Навскидку, есть такая древняя книга, по которой можно посчитать основные размеры коаксиального НО -
"Фрадин А.З. Рыжков Е.В. Измерение параметров антенно-фидерных устройств. 1962." В интернете погуглите. Есть.

Необходимый коэффициент ответвления ~ -60 дБ, поэтому его величина в разумных пределах(я планировал ~ -30 дБ) не критична, т.к. все равно придётся ставить аттенюатор.


В том и дело, что коаксиальный НО я посчитать не могу, т.е. не знаю как ... тоже самое касается и максимальной мощности
Меня очень смущает гребенка и то, что с ней может случиться при такой мощности. Не будет ли пробоев? А без гребёнки не получается достигнуть коэффициента ответвления ~ -30 дБ и, одновременно, хорошей развязки.


Спасибо... изучаю

а зачем именнно нужен НО?

может проще собрать делитель на 2 или 3-х SMD резисторах на копланарной линиях - аналогично делителю напряжения; может для измерения отраженной волны он и не подходит; для ответвителей с полосой в октаву характераня развязка не менее 12 дБ, максимальная развязка на центральной частоте под 30 дБ, чем шире полоса тем меньше развязка.

есть такие ответвители http://minicircuits.com/pdfs/QCN-ED11876D-1_SPEC.pdf с мощностью 15 Вт.
есть более мощные реализованые на ферритовых кольцах http://minicircuits.com/pdfs/DBTC-7-152+.pdf

..помница у нас на лабораторных работах были волноводные датчики КСВ - внутри тракта двигался ВЧ-диод - на фиксированной частоте с помощью линейки на тракте определялось положение минимума и максимума напряжения на диоде в режиме стоячей и бегущей волны

PS: если я правильно понял (мощность до 500 Вт ),то лучше делать на металлическом волноводе (связь в волноводе бывает по магнитному или электрическому полю, с помощью отверстий или щели длиной лямбда/2 )

PPS: для моделирования используете CST MWS

Расковыривал как-то коаксиальный рефлектометр Rohde & Schwarz. В экране коаксиала были продольные отверстия, в которые помещалась металлическая петля, один конец которой был подключен к согласованной нагрузке, другой - к детектору. Прогонял эту штуку в HFSS (у Вас картинка с коаксиалом похожа на HFSS. Я прав?), но, к сожалению, не смог найти проект. Если найду - выложу. Длина петли - λ/4 на центральной частоте, как и в полосковом варианте. Ваш вариант, по-видимому, аналогичен. Поворачивая петлю относительно коаксиала на разные углы можно регулировать коэффициент связи, но, предположительно, при этом будет ухудшаться направленность.
А вообще развязка большая получается в волноводных квадратурных мостах. На связанных МПЛ всё намного хуже.

Это измерительная линия. Измерять грустно, зато прецизионно!

Доброго времени суток.

Получить хорошую направленность при переходных ослаблениях 20дБ и более проблематично.
Моя рекомендация, воспользуйтесь несколькими зондами(4-6 шт. допустим) через лямбда/8 и детекторами. Вы получите аналог измерительной линии. Сравнивайте напряжения на выходах детекторов(они должны быть одинаковые) и делайте вывод о КСВ в линии передачи. Связь между зондами и линией(коаксиальной или полосковой) выбирается слабой.

С уважением, Николай

Да нет, это же дециметровый диапазон, какие здесь могут быть четвертьволновые НО. Обычная практика : длина петли - несколько сантиметров. А поворот петли - это элементарная баллансировка моста по минимуму сигнала отраженной волны в НО (при согласованной основной линии).

nickes

Это что -метод 3-х зондов? Совсем уж радиолюбительский вариант. Кроме того, в диапазоне этот геморрой плохо работает.

-Sage-
Направленность порядка 30дБ реализуется в коаксиальном НО со слабой связью достаточно легко. Могут быть только некоторые проблемы во всем диапазоне частот. Кстати, как вариант, возможно выбирать нагрузку во вторичной линии НО не 50 Ом, а порядка 70-100 Ом (соответственно и W вторичной линии такое же). W=50 ом вторичной линии конструктивно тяжело реализуется, а направленность от W вторичной линии практически не зависит.

Да, с λ/4 я, конечно, погорячился. Проект в HFSS приаттачил.


Почему же любительский? Надо только обработку данных посерьезнеее делать (компьютеры современные более чем позволяют), а железо проще.

Да ладно вам. Никто так не делает.

Есть мощный усилитель, необходимо контролировать КСВ и вырубать питание усилителей при превышении нормы. Также необходимо снимать падающую волну для платы АРУ на входе усилителя.


Есть у нас измерительный НО от Rohde & Schwarz, по описанию схожий с описанным EUrry. У него достаточно большая неравномерность, точно не помню, что-то около 5 дБ в полосе 470 - 862 МГц.


спасибо, хороший проект... сейчас активно с ним работаю. Вот например под диапазон 470 - 860 МГц, коэффицинт ответвления 46.5 и отличная развязка:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

В HFSS я очень мало работал, поэтому мог допустить ляп. Может кто-нибудь проверить приаттаченный проект?


Очень хотелось бы услышать мнение о НО с гребенкой(1ый пост) и как рассчитать максимальную мощность через данный НО?

-Sage-
Мне кажется, что на 2.5 мм диэлектрике, у вас дорожка слишком узкая для 800 Вт.
Если делать на полосках, то для таких мощностей ИМХО лучше подойдет микрополосок с воздушным зазором, чтобы обеспечить нужную ширину полоска. А линию связи можно уже по разному прилаживать, но зачем вам гребенки - не пойму. Без них, классический НО, наверное почище будет.
Кстати, неравномерность связи по частоте у вас без доп. компенсации по-любому будет, т.к. у короткого ответвителя имеется линейная зависимость dU/dF.

Я что-то не понимаю, откуда вы 800 Вт взяли?.. При 2.5мм получается ширина полоски 7мм. Гребенку я применил для увеличения развязки. В первом варианте на многослойке прямая оказывает паразитное влияние на измерение отраженной волны.

Давайте договоримся (2ой рисунок в 1ом посте): 1 вход, 2 выход, соответственно 3 выход прямой волны, а 4 - отраженной.
Я сделал 2 варианта в наших габаритах (возможно я упустил в описании, 60х90мм максимум)
С гребенкой
S31(S24) = -27.3 +- 0.7 дБ
S41(S23) = -63 дБ в начале полосы и -60 дБ в конце полосы
VSWR(1,2) < 1.035
VSWR(3,4) < 1.01

тот же вариант без гребенки
S31 = -29 +- 0.8 дБ
S41 = -36.8 дБ в начале полосы и -31 дБ в конце полосы

Легко заметить, что в случае без гребенки корректно померять отраженную волну невозможно.

Вполне вероятно, что мы с вами разговариваем на разных языках и я что-то не понял

Sage-
По поводу 800 Вт извиняюсь, описался.
Точных формул по расчету тепла в микрополоске у меня нет. Могу только предложить приблизительный расчет (он у меня более или менее сходился с результатами. Может кто точнее скажет.
Смотрите. Берем фторопластовый кабель РК5-11-21. На 1000 МГц он держит примерно 1 КВт. Это соответствует нагреву до 200 градусов. Будем считать, что нам больше 100 градусов не надо, тогда Pмакс=500 Вт. Диаметр центрального проводника этого кабеля примерно 4 мм. Это соотвтствует периметру 13 мм. У вас микрополосок, т.е. ток, в первом приближении течет по внутренней стороне - 7мм.
Т.е. плотность тока больше примерно в 2 раза, что соответствует увличению температуры в 4 раза, т.е. до 400 градусов.
Конечно, тепловое сопротивление по сравнению с кабелем у полоска ниже и греться он будет меньше, но не в разы, а может процентов на 20.
Т.е. на мой взгляд, ориентировочная ширина полоска для 500 Вт на 800 МГц у вас должна быть не менее 26-30 мм.

Каплер второго типа особенно расчитывать не надо, он очень просто настраивается -- положение полоска над коаксиалом определяет в основном связь, а направленность будет в основном зависеть от угла поворота. Но т.к. длина полоски у вас будет меньше четверти ламбды, то вы получите в UHF диапазоне, например, 50dB в центральной точке и +- 2dB на краях. Вот картинки такого каплера:
Этого недостатка лишен каплер состоящий из петли, которую тоже можно настраивать, поднимая-опуская и поворачивая в боковом отрезке цилиндрического волновода. Один конец петли через 150ом на корпус, второй через 50ом на выход.
Для каплера первого типа я бы взяла трехслойную структуру -- две достаточно широкие полоски внизу и вверху и подходящую щель в металлическом слое между ними. Для достаточно широкой щели я делала хайбрид, но никто не мешает взять щель поменьше.

felix2
Это что -метод 3-х зондов? Совсем уж радиолюбительский вариант. Кроме того, в диапазоне этот геморрой плохо работает.

nickes
Метод как метод, даже в книгах описан. Я вроде ясно написал-дискретный аналог измерительной линии. Что касается диапазонности, то вероятно можно частично скомпенсировать неравными расстояниями между зондами. Зато нет необходимости вмешательства ни в линию передачи, ни в экраны.

felix2
Направленность порядка 30дБ реализуется в коаксиальном НО со слабой связью достаточно легко. Могут быть только некоторые проблемы во всем диапазоне частот. Кстати, как вариант, возможно выбирать нагрузку во вторичной линии НО не 50 Ом, а порядка 70-100 Ом (соответственно и W вторичной линии такое же). W=50 ом вторичной линии конструктивно тяжело реализуется, а направленность от W вторичной линии практически не зависит.
[/quote]

nickes
Попробуйте уловить разницу между переходным ослаблением и направленностью. В случае микрополоскового НО и слабой связи(автор темы хотел получить переходное ослабление порядка 60дБ) волновые сопротивления для четного и нечетного возбуждения НО асимптотически стремятся к волновому сопротивлению "изолированной" МП линии. Соответственно падает и направленность НО. Собственно для борьбы с этим эффектом делают гребенки, пилу и т.д. И результаты его расчета полностью этому соответствуют.

Так и делают. Для еще большего расширения диапазона ставят много зондов, но в каждом поддиапазоне используется только несколько из них.

я когда-то скачал программку по расчету макс. мошщности для материала rogers. Rogers5880 ну очень похож как внешне, так и по параметрам на ФАФ 4Д. Может кому-нибудь понадобится, приаттачил на всякий случай.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла


Спасибо, очень полезная информация вместе с наглядными картинками.
Поясните, пожалуйсто, что значит:
- один конец петли через 150 Ом на корпус, второй конец через 50 Ом выход?
- каплер состоящий из петли, в каком смысле петля и как она выглядит или из чего делается?

От земли в среднем слое мы решили отказаться из-за проблем в реализации на практичке.

Вопрос в вдогонку. Нужен НО на 50 кВт непрерывной мощности, частота 915 МГц. Кто нибудь делает такие и каковы их параметры?

В трактах мощных передатчиков ДМВ диапазона повсюду стоят. Там поищите. В частности, в ОАО ”МАРТ”, С.Петербург, наверняка есть.

К сожалению фото нет, нет и мех. чертежеa (ну, не могу я заставить механиков присылать мне чертежи ). Посмотрите картинку из CST

Всем доброго времени суток.

Появилось наконец-то свободное время и я спроектировал в HFSS коаксиальный направленник. К сожалению опыта работы в HFSS у меня не много, поэтому прошу помощи в проверке правильности модели и задания портов.
Проект HFSS приаттачил

Нажмите для просмотра прикрепленного файла