ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ НА МИКРОПОЛОСКОВЫХ ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к технике сверхвысокой частоты (СВЧ) и предназначена для изменения фазы электромагнитной волны в радиотехнических устройствах.
Известно сверхвысокочастотное устройство на микрополосковых линиях передачи [Патент RU №2130672, МПК H01P 1/185, 1999], содержащее фазосдвигающую петлю со связью в каждом разряде фазовращателя. В основании и вершине петли размещено по одному pin-диоду. Четырехразрядный pin-диодный фазовращатель включает в себя разряды: 22,5°; 45°; 90°; 180°, причем разряд 180° состоит из двух 90-градусных разрядов. Разряды фазовращателя подключены к соответствующим выходам источника напряжения смещения. Недостатком этого устройства является узкая полоса рабочих частот (около 6%).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является фазовращатель на микрополосковых линиях передачи [Патент RU №74744, МПК H01P 1/185, 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 разряд 180°, выполненный на основе встречно-штырьевого направленного микрополоскового ответвителя - моста Ланге. 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.
Недостатком этого фазовращателя является узкая полоса рабочих частот для pin-диодных петлевых разрядов 22,5°; 45°; 90° (около 6%), а также технологическая сложность изготовления разряда 180°, выполненного на основе встречно-штырьевого направленного микрополоскового ответвителя - моста Ланге. Сложность при изготовлении моста Ланге возникает из-за необходимости получения малых зазоров (около 35 мкм) и тонких микрополосковых линий (около 50 мкм). Кроме того технология его изготовления является дорогостоящей, так как изготовить такой мост можно только на подложке из поликора.
Технический результат заявляемой полезной модели направлен на создание фазовращателя, работающего в широком диапазоне частот (полоса рабочих частот 50%), конструкция которого существенно облегчит технологический процесс изготовления и монтажа СВЧ-платы.
Технический результат достигается тем, что заявляемый фазовращатель на микрополосковых линиях передачи включает в себя pin-диодный разряд 180° (дискрет фазового сдвига на 180°), подключенный к выходам источника управляющего напряжения смещения. При этом pin-диодный разряд 180° содержит трехдецибельный мост тандемного типа, выполненный путем каскадирования двух ответвителей со слабой связью. Одно внешнее плечо моста подключено через первый блокировочный конденсатор к входу фазовращателя, а через первую индуктивность к одному выходу источника управляющего напряжения смещения и ко второму блокировочному конденсатору, другой контакт которого заземлен. Другое внешнее плечо моста подключено через третий блокировочный конденсатор к выходу фазовращателя, а через вторую индуктивность к другому выходу источника управляющего напряжения смещения и к четвертому блокировочному конденсатору, другой контакт которого заземлен. Внутренние плечи моста подключены к катодам первого и второго pin-диодов соответственно, при этом аноды обоих pin-диодов заземлены.
Сущность заявляемой полезной модели состоит в том, что в фазовращателе на микрополосковых линиях передачи pin-диодный разряд 180° содержит трехдецибельный мост тандемного типа, выполненный путем каскадирования двух ответвителей со слабой связью. Так как при реализации слабых связей не требуются слишком малые зазоры между связанными микрополосковыми линиями, то в заявляемом техническом решении микрополосковые линии моста тандемного типа могут быть изготовлены на печатной плате путем травления фольгированных материалов с получением контролируемых зазоров от 70 мкм до 100 мкм и ширины микрополосковой линии более 100 мкм, что существенно облегчит технологический процесс изготовления и монтажа СВЧ-платы.
На рисунке приведена функциональная схема заявляемого фазовращателя на микрополосковых линиях передачи.
Фазовращатель на микрополосковых линиях передачи включает в себя pin-диодный разряд 180° 1, подключенный к выходам источника управляющего напряжения смещения 2. Pin-диодный разряд 180° 1 содержит мост 3 тандемного типа. Одно внешнее плечо моста 3 подключено через первый блокировочный конденсатор 4 к входу фазовращателя, а через первую индуктивность 5 к одному выходу источника управляющего напряжения смещения 2 и ко второму блокировочному конденсатору 6, другой контакт которого заземлен. Другое внешнее плечо моста 3 подключено через третий блокировочный конденсатор 7 к выходу фазовращателя, а через вторую индуктивность 8 к другому выходу источника управляющего напряжения смещения 2 и к четвертому блокировочному конденсатору 9, другой контакт которого заземлен. Внутренние плечи моста 3 подключены к катодам первого 10 и второго 11 pin-диодов соответственно, при этом аноды обоих рт-диодов заземлены.
Фазовращатель на микрополосковых линиях передачи работает следующим образом.
В данной схеме для получения требуемого фазового сдвига применена коммутация режимов холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ), характеристики которых неизменны во всем частотном диапазоне. Входом и выходом pin-диодного разряда 180° 1 являются соответственно входное плечо прямого канала и обратное плечо ответвляемого канала (внешние плечи) моста 3, у которого выходные плечи прямого и ответвляемого каналов (внутренние плечи) соединены соответственно с катодами первого 10 и второго 11 pin-диодов. Управляющее напряжение смещения подается с источника управляющего напряжения смещения 2 на внешние плечи моста 3 через первую 5 и вторую 8 индуктивности. Когда на pin-диодный разряд 180° 1 подается положительное напряжение смещения, оба pin-диода запираются, и в выходных плечах прямого и ответвляемого каналов моста 3 в точках подключения указанных pin-диодов создается режим XX. В этом случае падающие СВЧ волны отражаются от точек, в которых создан режим XX без изменения фазы и, суммируясь, проходят на выход pin-диодного разряда 180° 1. Электрическая длина этого состояния pin-диодного разряда 180° 1 принимается в качестве опорного значения. При подаче на pin-диодный разряд 180° 1 отрицательного напряжения смещения оба pin-диода открываются и соединяют по СВЧ выходные плечи прямого и ответвляемого каналов моста 3 с землей, при этом в точках подключения обоих pin-диодов режим XX сменяется режимом КЗ. В этом случае падающие СВЧ волны отражаются от точек, в которых создан режим КЗ с изменением фазы на 180° и, суммируясь, проходят на выход pin-диодного разряда 180° 1. Очевидно, что значение электрической длины этого состояния pin-диодного разряда 180° 1 отличается от опорного значения на 180° в широком диапазоне частот. Это и есть фазовый сдвиг, реализуемый pin-диодным разрядом 180° 1.
Заявляемое техническое решение было опробовано в дециметровом диапазоне частот и показало следующие результаты (заявляемое техническое решение / прототип):
- количество разрядов, шт.
1/4;
- количество диодов, шт.
2/10;
- полоса рабочих частот, %
50/50;
- средние потери, дБ
1/2;
- разброс между максимальными и
минимальными потерями, дБ
0,2/0,6;
габариты (Д×Ш×Т), мм<sup>3</sup>
(23×24,5×2)/(60×24×1).