Микрополосковая переключаемая линия задержки

Полезная модель относится к области радиотехники СВЧ и может быть использована для дискретного изменения длины трактов СВЧ при частотно независимом управлении диаграммой направленности антенной решетки в широком диапазоне частот.
Изменение угла отклонения луча от нормали при заданном расстоянии между элементами антенной решетки определяется длиной, вводимой линией задержки в трактах питания элементов антенной решетки. В антенной решетке с большим количеством элементов и на большой угол поворота требуется переключаемая линия задержки с переключаемой длиной намного превышающей длину волны.
В качестве переключаемой линии задержки может использоваться фазовращатель с линейной зависимостью фазы от частоты, например, дискретный фазовращатель СВЧ (Пат. РФ №2631105 МПК Н01Р 1/18). Устройство содержит одинаковые первый и второй отрезки линии передачи, одни концы которых соединены между собой, а другие соединены с входом и выходом. Вход и выход дополнительно соединены через такие же третий и четвертый отрезки линии, между которыми включен первый коммутирующий диод. К точке соединения первого и второго отрезков линии подключен одним выводом второй коммутирующий диод, второй вывод которого соединен с разомкнутым пятым отрезком линии передачи. При этом волновое сопротивление первого, второго, третьего и четвертого отрезков линии в два раза выше сопротивления входа и выхода. Это устройство может использоваться в качестве переключаемой линии задержки. Однако переключаемая длина линии мала и ограничена четвертью длины волны на верхней частоте рабочего диапазона частот.
Большие переключаемые длины обеспечивают, выбранные в качестве прототипа, переключаемые отрезки линий передачи, реализованные в двухпозиционном проходном фазовращателе (Г.С. Хижа и др. СВЧ фазовращатели и переключатели, М., «Радио и связь» 1984 г., стр. 30, рис. 1.21). Прототип содержит два отрезка линии передачи разной длины, концы которых соединены с входом и выходом через коммутирующие диоды. Изменение длины прохождения сигнала производится при переключении отрезков. Для переключения отрезков вход подключен к контакту управления, например через катушку индуктивности, а выход - заземлен, например, через другую катушку индуктивности. Прототип не имеет провалов в частотной характеристике ослабления в диапазоне частот, где емкость закрытого диода проявляется слабо, например, в дециметровом диапазоне частот. В сантиметровом диапазоне частот емкость закрытых диодов с отрезком линии закрытого канала образует резонатор, подключенный к открытому каналу на входе и выходе. Резонатор имеет резонансные частоты, на которых длина отрезка кратна целому числу половины длины волны. В результате при большой длине отрезка закрытого канала в широком диапазоне частот имеют место множество провалов частотной характеристике ослабления.
Цель полезной модели - уменьшение ослабления при расширении диапазона частот.
Техническим результатом является возможность использования предлагаемой микрополосковой переключаемой линии задержки в широком диапазоне частот с малым ослаблением.
Для достижения указанного технического результата, в предлагаемой микрополосковой переключаемой линии задержки, содержащей две микрополосковые линии передачи разной длины, первые концы которых соединены с входом через первый и второй коммутирующий диоды, а вторые концы соединены с выходом через третий и четвертый коммутирующий диоды, при этом вход подключен к контакту управления через катушку индуктивности, а выход заземлен через другую катушку индуктивности, согласно полезной модели, отрезки линий передач на одинаковых участках непосредственно после первого и второго диодов и перед третьим и четвертым диодами расположены параллельно и связаны электромагнитной связью.
Введение электромагнитной связи между проводниками открытого и закрытого каналов позволяет уменьшить связь между открытым и закрытым каналами за счет компенсации СВЧ сигнала, проходящего через емкость закрытого диода, сигналом, возникающим за счет электромагнитной связи. В результате уменьшается ослабление открытой линии задержки.
Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого устройства из литературы неизвестны, поэтому оно соответствует критерию новизны.
Сущность полезной модели раскрывается чертежом, где на фиг. 1 приведена схема микрополосковой переключаемой линии задержки; на фиг. 2 - топология предлагаемой микрополосковой переключаемой линии задержки; на фиг. 3 - амплитудно-частотная характеристика ослабления микрополосковой переключаемой линии задержки (Сплошная линия - прототип, пунктирная линия - предлагаемое устройство).
Предлагаемая микрополосковая переключаемая линия задержки (фиг. 1, 2) содержит «короткую» микрополосковую линию передачи, состоящую из отрезков 1, 2, 3, и «длинную» микрополосковую линию передачи, состоящую из отрезков 4, 5, 6. Один конец «короткой» микрополосковой линии передач соединен с входом «Вх» через коммутирующий диод 7, а второй конец соединен с выходом «Вых» через коммутирующий диод 8. Один конец «длинной» микрополосковой линии передачи соединен с входом «Вх» через коммутирующий диод 9, а второй конец соединен с выходом «Вых» через коммутирующий диод 10. Отрезки 1 и 4 и отрезки 3 и 6 линий передач на одинаковых участках непосредственно после диодов 7 и 9 и перед диодами 8 и 10 расположены параллельно и связаны электромагнитной связью.
Для управления линией задержки вход «Вх» подключен к контакту управления «Упр» через катушку 11 индуктивности, а выход «Вых» заземлен через другую катушку 12 индуктивности.
Волновое сопротивление отрезков линий 1-6 равно сопротивлению входа и выхода.
Величина зазора между отрезками линий 1 и 4, 3 и 6 и длина этих проводников (фиг.2) выбирается из условия максимальной компенсации емкости закрытого диода, электромагнитной связью между проводниками. Выбор производится путем анализа частотной характеристики ослабления линии задержки. При этом длины отрезков линии 1, 3, 4, 6 одинаковы и выбираются больше половины длины волны на верхней частоте рабочего диапазона частот.
Длина отрезка линии 2 выбирается минимально возможной. Разность длин отрезков 2 и 5 выбирается из заданной величины переключаемой длины линии задержки.
Величина индуктивности катушек цепей управления 11, 12 выбирается так, чтобы их реактивное сопротивление было намного больше сопротивления входа.
Предлагаемая микрополосковая переключаемая линии задержки работает следующим образом.
При подаче на контакт «Упр» напряжения положительной полярности диоды 7 и 8 открываются и СВЧ сигнал, поступающий на вход «Вх» проходит на выход «Вых» по отрезкам линий 1, 2, 3 с задержкой равной сумме длин этих отрезков. Диоды 9 и 10 закрыты. При этом часть сигнала проходит в линию передачи, состоящую из отрезков 4, 5, 6, через емкости закрытых диодов 9 и 10. При отсутствии электромагнитной связи между отрезками открытого и закрытого каналов, на частотной характеристике ослабления имеют место провалы, на резонансных частотах, определяемых общей длиной отрезков 4, 5, 6 (фиг. 3 сплошная линия). Но так как отрезки 1 и 4, 3 и 6 связаны электромагнитной связью, при определенных длине отрезков и расстоянии между проводниками обеспечивается компенсация сигнала, прошедшего через закрытые диоды, сигналом возникшем посредством электромагнитной связи. Следует отметить, что в данном случае компенсирующий сонаправленный сигнал образуется из-за разности фазовых скоростей в связанных микрополосковых линиях. Величина этого сигнала определяется длиной связанных линий и увеличивается с ростом частоты, аналогично связи через емкость закрытого диода. В результате резонатор, образованный отрезками линии закрытого канала, практически не вносит дополнительного ослабления в открытый канал (см. фиг. 3 пунктирная линия).
При подаче на контакт «Упр» напряжения отрицательной полярности диоды 9 и 10 открываются и СВЧ сигнал, поступающий на вход «Вх» проходит на выход «Вых» по отрезкам линий 4, 5, 6 с задержкой равной сумме длин этих отрезков. Диоды 7 и 8 закрыты, при этом часть сигнала проходит в линию передачи, состоящую из отрезков 1, 2, 3, через емкости закрытых диодов 7 и 8 и компенсируется сигналами через электромагнитную связь отрезков 1 и 4, 3 и 6.
Таким образом, при изменении полярности напряжения на контакте «Упр», происходит изменение длины линии задержки, равной разности длин отрезков 2 и 5. При этом, так как закрытый канал не вносит дополнительного ослабления в открытый канал, предлагаемая микрополосковая переключаемая линии задержки имеет малое ослабление в широком диапазоне частот.
На предприятии был изготовлен макет предложенной микрополосковой переключаемой линии задержки с переключаемой длиной равной 36 мм в свободном пространстве. Макет выполнен на микрополосковой линии на диэлектрике толщиной 0,272 мм с диэлектрической проницаемостью равной 3,48. В качестве диодов использовался диод 2А553-Б3. Рабочий диапазон частот - сантиметровый, перекрытие по частоте равно 9,0. При экспериментальной проверке были получены результаты, подтверждающие достижение поставленной цели. Ослабление макета составило не более 2,0 дБ, что соответствует заданным техническим требованиям.