Волноводный ответвитель, тройник и двойной Т-мост: как устроены и как выбрать

Как делят и отбирают мощность в волноводе

В коаксиальном тракте мощность делят делителями и отбирают ответвителями на полосках. В волноводе те же задачи решают конструкции, где волны складываются в самих волноводах: направленные ответвители со щелями связи, тройники, двойные Т-мосты и квадратурные мосты. Они почти не вносят потерь, выдерживают мощность волновода и работают до сотни гигагерц и выше.

Направленный ответвитель

Два волновода — основной и вторичный — соединены отверстиями или щелями связи. Отверстия расположены так, что волна, идущая в основном волноводе вперёд, во вторичном складывается в одном направлении и гасится в другом. Поэтому ответвитель отбирает небольшую часть прямой волны и почти не реагирует на обратную — или наоборот, если перевернуть. Это основа измерения мощности и отражения в волноводных трактах.

Типы волноводных ответвителей

По широкой стенке — отверстия в общей широкой стенке двух волноводов; лучшая направленность, 30–40 дБ, широкий выбор переходного ослабления. По узкой стенке — компактнее, но направленность ниже. Крестообразный — волноводы пересекаются под прямым углом, две щели в месте пересечения: очень компактный узел. Петлевой — петля связи на коаксиальном выходе: удобно, когда ответвлённый сигнал нужен сразу на разъёме. Зондовый — штырь в волноводе с малой связью 30–60 дБ, для контроля мощности передатчика.

Синие полосы — диапазон переходного ослабления, зелёные — минимальная направленность по общим данным серий.

Зачем важна направленность

При измерении отражения ответвитель должен отделить отражённую волну от прямой. Конечная направленность означает, что часть прямой волны просачивается в канал отражения и складывается с полезным сигналом. Если измеряемое устройство имеет обратные потери 20 дБ, показание окажется в пределах:

С направленностью 15 дБ измерить хорошую нагрузку невозможно — показание может оказаться любым. Поэтому для рефлектометров берут ответвители по широкой стенке с направленностью 30–40 дБ, а ответвители с малой направленностью оставляют для контроля мощности, где обратная волна мала.

Контроль мощности передатчика

Переходное ослабление выбирают так, чтобы ответвлённая мощность попала в диапазон датчика. Для передатчика радара это главный параметр:

Зондовые ответвители с ослаблением 30–60 дБ как раз и делают для такого контроля: на выходе — единицы и десятки милливатт для диодного датчика или детектора. Сам ответвитель при этом почти не вносит потерь в основной тракт.

Рефлектометр из двух ответвителей

Два ответвителя, развёрнутые в разные стороны, отбирают прямую и отражённую волну. Отношение их сигналов даёт коэффициент отражения нагрузки, а значит, КСВН антенны или тракта прямо во время работы передатчика. Точность такого рефлектометра задаёт направленность: с ответвителями по широкой стенке на 30–40 дБ уверенно видно КСВН 1,1–1,2, с направленностью 15 дБ — только грубые рассогласования.

Выход ответвления: волновод или разъём

У ответвителя по широкой стенке вторичный канал — тоже волновод: так сохраняется высокая направленность, а к выходу подключают волноводный датчик или переход на коаксиал. В миллиметровом диапазоне это единственный вариант. На частотах до 18 ГГц выход ответвления часто делают сразу на разъёме N или SMA — меньше деталей и удобнее подключать ваттметр. Петлевые, крестообразные и зондовые ответвители каталога имеют именно коаксиальный выход.

Широкополосные ответвители для Н-образных волноводов

Двухгребневый волновод перекрывает полосу в несколько раз шире обычного, и ответвители для него тоже широкополосные: 1,5–3,6, 11–26,5 или 18–40 ГГц одним узлом. За полосу платят направленностью — 10–25 дБ вместо 30–40 — и большей неравномерностью переходного ослабления. Они нужны в широкополосных испытательных трактах ЭМС и в системах радиомониторинга.

Ответвители гармоник и для волны Н01

Ответвитель гармоник рассчитан на несколько полос сразу — основную частоту передатчика и её вторую и третью гармоники — и позволяет измерить их уровень в тракте. Ответвители круглого волновода для волны Н01 работают в трактах с малыми потерями на больших расстояниях и в мощных установках, где используется этот тип волны.

Тройники Е и Н

Тройник — ответвление третьего волновода от основного. В Н-плоскостном тройнике ответвление идёт от узкой стенки, в плоскости магнитного поля, и сигнал из него делится на два плеча в фазе. В Е-плоскостном — от широкой стенки, и половины выходят в противофазе. Тройники делят мощность пополам с потерями 0,2–0,5 дБ и разбалансом ±0,25…±0,5 дБ, но не развязывают выходы: отражение от одного плеча попадает в другое.

Двойной Т-мост

Двойной Т-мост совмещает Е- и Н-тройник в одном узле: четыре плеча — два основных, Е и Н. Сигнал из плеча Н делится поровну в фазе, из плеча Е — поровну в противофазе, а между Е и Н развязка 30–35 дБ. Если на плечи 1 и 2 подать два сигнала, в плече Н появится их сумма, в плече Е — разность.

Плечи Е и Н развязаны между собой: сигнал из одного не попадает в другое.

Отсюда применения: сложение мощности двух усилителей, балансные смесители, где сигнал и гетеродин подаются в развязанные плечи, моноимпульсные облучатели — суммарный и разностный каналы, измерительные мостовые схемы. Синфазные волноводные делители — тот же мост с согласованной нагрузкой в плече Е: они делят мощность пополам и развязывают выходы на 15–17 дБ.

Сложение мощности двух усилителей

Т-мост складывает мощность двух одинаковых усилителей, если они работают в фазе. Любая разница по фазе или амплитуде уходит в развязанное плечо с нагрузкой. При равных амплитудах доля мощности на выходе равна (1 + cos φ)/2, где φ — разность фаз:

Разброс фаз в 10–20° стоит всего 0,03–0,13 дБ, поэтому сложение работает даже с неидеальными усилителями. Но при отказе одного усилителя на выход приходит только четверть от прежней мощности, а вторая половина мощности работающего усилителя уходит в нагрузку развязанного плеча — её выбирают с этим запасом.

Квадратурный мост

Квадратурный мост 90° — два волновода с широкой щелью связи — делит мощность пополам со сдвигом фазы между выходами 90°. Он нужен для балансных усилителей: отражения от двух одинаковых усилителей уходят в нагрузку моста, и вход остаётся согласованным. Мосты каталога работают в полосе до 10 % с переходным ослаблением 3–7 дБ.

Типичные ошибки

• Ставят ответвитель с направленностью 15 дБ в рефлектометр и не видят реальный КСВН антенны.
• Подбирают переходное ослабление без учёта мощности и перегружают датчик.
• Путают плечи Е и Н двойного Т-моста — сумма и разность меняются местами.
• Берут маломощную нагрузку для развязанного плеча при сложении усилителей.
• Используют тройник там, где нужна развязка выходов, и получают взаимное влияние нагрузок.

Точность изготовления

Направленность ответвителя зависит от того, насколько точно выдержаны размеры и положение отверстий связи. В сантиметровом диапазоне допуски — сотые доли миллиметра, в миллиметровом — микроны, поэтому ответвители на WR10 и WR12 фрезеруют из меди с последующим золочением или серебрением. Для мостов важна симметрия плеч: разбаланс по амплитуде у моделей каталога — ±0,25…±0,5 дБ.

Как выбрать

• Задача: отбор мощности — ответвитель; деление пополам — тройник; сложение и развязка — Т-мост; балансные схемы — квадратурный мост.
• Переходное ослабление — чтобы ответвлённая мощность попала в диапазон ваттметра или детектора.
• Направленность: для измерения отражения — 30 дБ и выше.
• Выход ответвления: волновод или коаксиальный разъём.
• Сечение, фланец, полоса и мощность тракта.
• Нагрузка на развязанные плечи — с малым КСВН.
• Для сложения мощности — нагрузка развязанного плеча на половину мощности одного усилителя.

Модели KADAMM

Все волноводные ответвители, тройники и мосты — в разделе KADAMM.

KADAMM · ОВ-ШС

ответвители по широкой стенке

Частоты	750 МГц – 112 ГГц
Моделей	24

Перейти к товару →

KADAMM · ОВ-КР

крестообразные ответвители

Частоты	960 МГц – 40 ГГц
Моделей	18

Перейти к товару →

KADAMM · ДМВ-2-ТМ

двойные Т-мосты

Частоты	320 МГц – 112 ГГц
Моделей	29

Перейти к товару →

KADAMM · МСВ

квадратурные мосты

Частоты	3,22 – 40 ГГц
Моделей	22

Перейти к товару →