Волноводные мультиплексоры

Мультиплексоры (MUX) предназначены для объединения нескольких узкополосных сигналов, различающихся по частоте, в один широкополосный сигнал. При этом обеспечиваются высокая межканальная развязка и малые вносимые потери в полосах пропускания. Помимо устройств, выполняющих объединение сигналов, существуют мультиплексоры, решающие обратную задачу – разделение входного широкополосного сигнала на несколько каналов. Такие устройства называют демультиплексорами. Фактически мультиплексоры представляют собой частотно-избирательные сумматоры или делители мощности.

Мультиплексоры широко используются в системах наземной и спутниковой связи, радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и радиоэлектронной разведки (РЭР). В качестве примера рассмотрим их применение в бортовом радиоэлектронном комплексе спутника связи. Широкополосный сигнал с приёмной антенны поступает на малошумящий усилитель (МШУ), после чего разделяется на несколько узкополосных сигналов с помощью демультиплексора, или входного мультиплексора (Input Multiplexer, IMUX). Затем сигналы усиливаются и суммируются с помощью выходного мультиплексора (Output Multiplexer, OMUX).

Режимы работы IMUX и OMUX несколько отличаются, поэтому и их конструкция может быть разной. Известно множество топологий мультиплексоров, однако чаще всего используются три типа: мультиплексоры на основе делителей на две равные части, мультиплексоры с циркуляционной связью и мультиплексоры с непосредственной связью через волноводный канал.

Мультиплексоры на основе делителей мощности. Достоинствами данного варианта построения являются: высокий уровень развязки между каналами, относительная простота расчета, возможность построения модульной структуры. К недостаткам относятся: значительные габаритные размеры и увеличенное вдвое количество канальных фильтров.

Принцип работы данной схемы поясним на примере первого канала. Сигнал с частотой f₁ делится в ответвителе пополам, при этом сигнал, ответвленный во вторичный канал ответвителя получает фазовый сдвиг 90°. Далее сигналы в обоих каналах ответвителя проходят через второй ответвитель и еще раз делятся пополам, при этом сигналы, проходя через ответвитель в соседний канал, получают еще один фазовый сдвиг на 90°.

Таким образом, на выходе основного канала сигналы вычитаются, так как находятся в противофазе.

Сигналы с частотами (f₂, f₃ … f_n) не проходят через полосовые фильтры первого канала, настроенные на центральную частоту f₁, а отражаются от их входов и проходят на выход мультиплексора.

Мультиплексоры с циркуляторной связью также обеспечивают хорошую межканальную развязку, но наличие циркуляторов ведёт к существенному увеличению потерь, которые при числе каналов более трёх становятся недопустимо большими. Также наличие ферритовых устройств может привести к пассивным интермодуляционным искажениям при работе на высоком уровне мощности.

Данный тип мультиплексоров широко используется в качестве входных мультиплексоров.

Мультиплексоры с непосредственной связью через волноводный канал (на общем суммирующем волноводе, manifold) наиболее совершенны с точки зрения потерь и габаритов, но при этом наиболее трудоемки в расчете из-за сильной связи между каналами.

Принцип работы представленной схемы заключается в следующем. Сигнал из первого канала с центральной частотой f₁ проходит в суммирующий волновод, где делится пополам. Одна часть мощности проходит непосредственно на выход устройства, а вторая часть мощности после многократных отражений от остальных канальных фильтров и от короткозамыкателя на конце суммируется с первой частью сигнала на выходе устройства. Для соблюдения синфазности суммирования требуется задать расстояние между каналами, примерно равное n·λ/2, где n – натуральное число.

Многоканальные мультиплексоры – один из самых сложных при расчёте типов пассивных СВЧ-устройств. В ходе их разработки требуется обеспечить выполнения требований к следующим параметрам:

1. Количество каналов;
2. Центральные частоты каналов;
3. Абсолютная (относительная) ширина полос пропускания;
4. Вносимые потери и их перепад в полосах пропускания каналов;
5. Возвратные потери (коэффициент отражения);
6. Межканальная развязка;
7. Неравномерность ГВЗ (групповое время запаздывания);
8. Подавление внеполосных сигналов;
9. Максимальная падающая мощность;
10. Диапазон рабочих температур;
11. Тип волноводных соединителей и их расположение;
12. Массогабаритные параметры.

Совокупность требований к указанным параметрам определяет конструкцию мультиплексора и тип используемых в нём фильтров. В зависимости от допустимого уровня вносимых потерь и требований к габаритам устройства, фильтры могут быть реализованы на основе диэлектрических, коаксиальных, микрополосковых или объёмных резонаторов различной формы.

ООО «СВВ» разработаны мультиплексоры K- и Ka-диапазонов, наземного и бортового назначения, пригодные для использования в действующих системах спутниковой связи.

*общий суммирующий волновод

Также для отработки технологии был разработан и изготовлен экспериментальный образец трёхканального мультиплексора Ku-диапазона.

ООО "СВВ" предлагает разработку мультиплексоров различного назначения (для систем спутниковой и наземной связи, спутникового вещательного телевидения) по требованиям заказчика в диапазонах частот от 2 до 50 ГГц.

С примерами волноводных фильтров, разработанных и выпускаемых нашей компанией, вы можете ознакомиться здесь и здесь, с примерами диплексоров — здесь, с прочими нашими разработками — в разделе Продукция