Фазовращатель на микрополосковых линиях передачи

Полезная модель относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и предназначена для изменения фазы электромагнитной волны в широкополосных устройствах СВЧ.
Известен дискретный фазовращатель (см., Техника средств связи, серия: Техника радиосвязи, 1980, вып. 4 (22), стр. 74, В.Н. Олейник, Петлевой микрополосковый фазовращатель дециметрового диапазона), выполненный по микрополосковой технологии на фазосдвигающей петле со связью с разомкнутым шлейфом, содержащий трехразрядный pin-диодный фазовращатель с 45°, 90° и 180° разрядами, причем в основании и вершине петли со связью каждого разряда соответственно размещены первый и второй pin-диоды, катод которого связан с разомкнутым на конце шлейфом, причем петля со связью и разомкнутый на конце шлейф образуют суммарную длину, равную λ/2, к определенной точке которого подсоединен короткозамкнутый шлейф длиной λ/4, кроме того в вершине петли со связью в разрыве подключен первый конденсатор, один вывод которого связан с объединенными анодами первого и второго pin-диодов, а второй вывод соединен с катодом первого pin-диода и подключен к короткозамкнутому шлейфу длиной λ/4, источник напряжения смещения, связанный через второй конденсатор с землей, подключен к основной линии передачи к каждому разряду фазовращателя через согласующий проводник длиной λ/4 к объединенным анодам первого и второго pin-диодов, причем объединенные аноды первого и второго pin-диодов 45° и 180° разрядов и катод первого pin-диода 90° разряда являются входами разрядов фазовращателя, а катод первого pin-диода 45° и 180° разрядов и объединенные аноды первого и второго pin-диодов 90° являются выходами разрядов фазовращателя, причем вход 45° разряда соединен через третий конденсатор с входом фазовращателя, а выход подключен непосредственно к входу 90° разряда, выход которого связан через четвертый конденсатор с входом 180° разряда, а выход 180° разряда является выходом фазовращателя.
Это техническое решение обладает высоким уровнем паразитной амплитудной модуляции, имеет значительные затраты потребления тока.
ый
Известно сверхвысокочастотное устройство на микрополосковых линиях передачи (RU №2130672 МПК Н01Р 01/185, опубл. 20.05.1999) содержащее фазосдвигающую петлю со связью в каждом разряде фазовращателя, где в основании и вершине петли соответственно размещены по одному pin-диоду, причем 4 разрядный pin-диодный фазовращатель включает в себя 22,5°, 45°, 90°, 180° разряды, причем pin-диодный 180° разряд выполнен в виде двух 90° разрядов, кроме того все pin-диодные разряды подключены к соответствующим выходам источника напряжения смещения.
Недостатком технического решения являются большие фазовые ошибки (среднеквадратичная ошибка установки фазы 6,5°) и низкая точность начального фазового распределения (±10°) в полосе частот 5,5%.
х
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является 4 разрядный pin-диодный фазовращатель на микрополосковых линиях передачи с дискретом фазы 22,5° (RU №74744 МПК Н01Р 01/185, опубл. от 13.03.2008), содержащий pin-диодные петлевые разряды 22,5°; 45°; 90°, каждый из которых подключен к соответствующему выходу источника управляющего напряжения смещения, а также pin-диодный петлевой разряд 180°, выполненный на основе встречно-штырьевого направленного микрополоскового ответвителя, внешние развязанные плечи которого подключены одно через первый конденсатор к pin-диодному петлевому разряду 90°, а другое через второй конденсатор к первому входу-выходу фазовращателя на микрополосковых линиях передачи, причем каждое внутреннее плечо встречно-штырьевого направленного ответвителя соединено через индуктивность с короткозамкнутым шлейфом и подключено к последовательно соединенным pin-диоду и согласующему проводнику, противоположные концы согласующих проводников соединены между собой и подключены к соответствующему выходу источника управляющего напряжения смещения, кроме того, каждый из противоположных концов согласующих проводников соединены соответственно с одним контактом третьего и одним контактом четвертого конденсаторов, другие их контакты заземлены. При этом все разряды соединены между собой и могут располагаться в произвольном порядке при условии обеспечения их согласования и режимов включения по постоянному току, при этом вторым входом-выходом фазовращателя на микрополосковых линиях передачи является подключенный через шестой конденсатор первый стоящий по порядку pin-диодный петлевой разряд.
Недостатком технического решения являются большие фазовые ошибки (среднеквадратичная ошибка составляет до 7°), точность начального фазового распределения (±10°) и потери фазовращателя (до 2 дБ).
Техническим результатом полезной модели является уменьшение ошибок установки фазы (среднеквадратичная ошибка установки фазы 4°, точность начального фазового распределения ±5°) и потерь фазовращателя (до 1,7 дБ).
Сущность предлагаемого фазовращателя на микрополосковых линиях передачи заключается в том, что он содержит pin-диодные петлевые разряды 22,5°; 45°; 90°, каждый из которых подключен к соответствующему входу устройства управления, также pin-диодный разряд 180°, выполненный на основе встречно-штырьевого направленного микрополоскового ответвителя, внешние развязанные плечи которого подключены одно через первый конденсатор к pin-диодному петлевому разряду 90°, а другое через второй конденсатор к первому входу-выходу фазовращателя на микрополосковых линиях передачи. Каждое внутреннее плечо встречно-штырьевого направленного ответвителя подключено к последовательно соединенным pin-диоду и согласующему проводнику, противоположные концы согласующих проводников соединены между собой и подключены к соответствующему входу устройства управления. Каждый из противоположных концов согласующих проводников соединены соответственно с одним контактом третьего и одним контактом четвертого конденсаторов, другие их контакты заземлены. Все разряды соединены между собой и могут располагаться в произвольном порядке при условии обеспечения их согласования и режимов включения по постоянному току. Вторым входом-выходом фазовращателя на микрополосковых линиях передачи является подключенный через шестой конденсатор первый стоящий по порядку pin-диодный петлевой разряд.
Новыми признаками, позволяющими достичь заявляемый технический результат, являются: введение в фазовращатель на микрополосковых линиях передачи pin-диодного петлевого разряда 11,25°, также подключенного к соответствующему входу устройства управления и выполненного со связью в петле. В разрыв короткозамкнутого согласующего шлейфа с волновым сопротивлением 90-100 Ом разряда 11,25° введен третий pin-диод, соединенный катодом с седьмым конденсатором и анодом с катодом четвертого pin-диода, причем анод пятого pin-диода разряда 11,25° соединен с третьим помехоподавляющим фильтром, подключенным к земле, а петля выполнена со связью длиной λ/32, а внешние развязанные плечи встречно-штырьевого ответвителя через первый и второй помехоподавляющие фильтры подсоединены к земле, при этом, в разряде 180° введены первый и второй помехоподавляющие фильтры, подключенные к внешним плечам.
ти
На фиг. 1 приведена электрическая схема 5 разрядного фазовращателя, иллюстрирующая предлагаемое техническое решение.
Состав фазовращателя на микрополосковых линиях передачи.
1 - Pin-диодный петлевой разряд 11,25° со связью в петле.
2 - Pin-диодный петлевой разряд 22,5° со связью в петле.
3 - Pin-диодный петлевой разряд 45° со связью в петле.
4 - Pin-диодный разряд 90° со связью в петле.
5 - Pin-диодный разряд 180° на встречно-штыревом направленном ответвителе.
к1-к5 - контакты первый, второй, третий, четвертый, пятый.
VD1-VD5 - pin-диоды первый, второй, третий, четвертый, пятый.
С1-С8 - конденсаторы первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой.
ZR1, ZR2, ZR3 - помехоподавляющий фильтр первый, второй, третий.
В pin-диодном разряде 11,25° в согласующий короткозамкнутый шлейф помещен pin-диод VD3, который открывается и закрывается одновременно с pin-диодами VD4 и VD5 фазосдвигающей петли, при этом дискрет фазирования 11,25° получается с минимальными фазовыми ошибками.
Все pin-диодные разряды выполнены на pin-диодах одного типа (VD1-VD3). Во всех цепях управления pin-диодами в качестве блокировочных и разделительных емкостей используются бескорпусные конденсаторы (С1-С5).
Работа фазовращателя на микрополосковых линиях передачи осуществляется следующим образом.
Все pin-диоды открываются отрицательным напряжением. При подаче положительного напряжения на контакты к1-к5 все pin-диоды фазовращателя закрыты и СВЧ сигнал от 2 входа-выхода проходит через конденсатор С6, по петле разряда 11,25° (1) через конденсатор С8, по петле разряда 22,5° (2), через конденсатор С5, по петлям разрядов 45° (3) и 90° (4), через конденсатор С1, в разряде 180° (5) отражается от разомкнутых концов шлейфов, подсоединенных к внутренним плечам встречно-штыревых направленных ответвителей, и через конденсатор С2 доходит до 1 входа-выхода. Получаем фазу 0°.
При подаче отрицательного напряжения на контакт к1 открываются pin-диоды VD3, VD4, VD5, фазового разряда 11,25° (1) и через помехоподавляющий фильтр ZR3 эта цепь замыкается на землю, а СВЧ сигнал проходит через pin-диод VD5, минуя петлю. Естественно, путь сократился, получаем фазу +11,25°. При этом цепь от pin-диода VD5 до заземленного конденсатора С7 (петля, конденсатор С8, pin-диод VD4, отрезок согласующего шлейфа, pin-диод VD3, отрезок согласующего шлейфа, заземленный конденсатор С7) имеет электрическую длину λ/4, трансформирует XX в точку pin-диода VD5 и не влияет на прохождение СВЧ сигнала.
Аналогично работают pin-диоды разрядов 22,5°, 45° и 90° (открываются по два pin-диода).
При подаче отрицательного напряжения на контакт к5, открываются pin-диоды С3, С4 фазового разряда 180° (6) и через помехоподавляющие фильтры ZR1, ZR2 замыкаются на землю, а СВЧ сигнал отражается от низкоомных короткозамкнутых шлейфов, подсоединенных к внутренним плечам встречно-штыревого направленного ответвителя, получаем фазу +180°.
Предлагаемое техническое решение работает в дециметровом диапазоне частот.
Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом показывает следующие результаты (предлагаемая полезная модель/прототип):
- полоса рабочих частот ΔF/F, %, 15/50;
- средние потери, дБ, 1,7/2;
- среднеквадратичная ошибка установки фазы 4°/7°.