ФИКСИРОВАННЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ СВЧ

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в качестве базового элемента при создании различных устройств СВЧ.
Дифференциальные (фиксированные) фазовращатели состоят из компенсирующего и фазосдвигающего каналов. В большинстве случаев компенсирующий канал представляет собой отрезок однородной одиночной линии передачи. В известных структурах дифференциальных фазовращателей фазосдвигающий канал образуется на основе либо одиночных, либо связанных линий передачи. Наибольшее распространение получили дифференциальные фазовращатели, в которых фазосдвигающий канал представляет собой всепропускающую цепочку на основе связанных линий передачи. Основное их достоинство заключается в том, что теоретически они пропускают все сигналы без отражения. Однако такие фазовращатели сложны в изготовлении, в особенности при использовании и реализации полосковых и микрополосковых линий.
0
Фазовращатели с фазосдвигающим каналом на одиночных линиях передачи проще в реализации, но они являются отражающими. Уменьшение коэффициента стоячей волны напряжения (КСВН) входа фазосдвигающего канала на одиночных линиях передачи приводит к росту отклонения Δφ от номинального значения φ разности фаз сигналов на выходах компенсирующего и фазосдвигающего каналов. Поэтому при поиске их параметров находится компромисс между отклонением Δφ и КСВН.
ср
ср
Известен дифференциальный фазовращатель СВЧ на одиночной линии передачи, фазосдвигающий канал которого содержит комбинацию полуволнового отрезка линии передачи и двух шлейфов - разомкнутого и короткозамкнутого, расположенных поперек полуволнового отрезка линии передачи. Длины шлейфов равны λ/8, где λ - длина волны в линии на средней частоте рабочего диапазона. (Microwave & RF. - 1979. - №12. -р.167-168).
0
0
Основным достоинством этого фазовращателя является простота изготовления. В октавной полосе частот для 15°≤φ≤90 они имеют КСВН 5:1.15 и Δφ≈2°. Недостатком этого фазовращателя является относительно большая величина отклонения разности фаз от номинального значения Δφ, не всегда приемлемая для решения практических задач.
Известны также широкополосные дифференциальные фазовращатели СВЧ на основе Т- и П-образных соединений, реализуемых на одиночных линиях передачи различных типов: симметричных и несимметричных, полосковых, копланарных и щелевых. Их фазосдвигающие каналы образованы из полуволнового отрезка одиночной
линии передачи и четвертьволновых шлейфов. (Радиотехника и электроника. - 1988. -Т.33.-В.1.-С.63-69).
Фазочастотные характеристики таких фазовращателей улучшены по сравнению с предыдущим решением. Но при этом максимальное значение коэффициента стоячей волны напряжения входа фазосдвигающего канала стало больше. Большая величина КСВН является их недостатком.
Наиболее близким к предлагаемому является дифференциальный фазовращатель СВЧ, фазосдвигающий канал которого образован из полуволнового отрезка одиночной линии передачи и включенным посередине ее короткозамкнутым шлейфом, образующим Т-образное соединение. (См.: Радиотехника и электроника. - 1988. - т.33. - в.1. - С.65.)
Фазочастотные характеристики этого фазовращателя и максимальное значение КСВН входа фазосдвигающего канала совпадают с предыдущим решением. Большая величина КСВН является их недостатком.
Задачей предлагаемого решения является более точное обеспечение постоянного сдвига фаз (уменьшение Δφ) в широкой полосе частот при уменьшении КСВН входа фазосдвигающего канала.
ц
Поставленная задача решается тем, что в фиксированном фазовращателе СВЧ, содержащем фазосдвигающий канал на одиночной линии передачи со шлейфом, включенным в центре линии, компенсирующую линию и подводящие линии, согласно предлагаемому решению, одиночная линия передачи выполнена в виде симметричного каскадного включения четного числа отрезков экспоненциальных одиночных линий передачи, расположенных симметрично относительно центрального отрезка, образованного однородной одиночной линией передачи с волновым сопротивлением ρ, при этом длины отрезков, их волновые сопротивления и форма экспоненты выбраны из условия обеспечения заданного сдвига фаз и коэффициента стоячей волны.
ц
2
1
1
0
1
2
1
ц
2
ц
1
1
0
0
При количестве отрезков равном четырем длины отрезков связаны соотношением l>l>1 при этом волновое сопротивление первой экспоненциальной линии длиной lизменяется по экспоненциальному закону от волнового сопротивления ρ подводящих линий до ρ, волновое сопротивление второй экспоненциальной линии длиной 1изменяется от ρ до ρ, волновое сопротивление третьей экспоненциальной линии длиной 1 изменяется от ρ до ρ, волновое сопротивление четвертой экспоненциальной линии длиной l изменяется от ρ до волнового сопротивления ρ подводящих линий.
ц
2
1
3
1
Количество отрезков может быть равно шести, в этом случае длины отрезков связаны соотношением 1>l>l>1, при этом волновое сопротивление первой экспоненциальной линии длиной l изменяется по экспоненциальному закону от
0
1
2
1
2
3
2
ц
3
ц
2
2
2
1
1
1
0
волнового сопротивления ρ подводящих линий до ρ, волновое сопротивление второй экспоненциальной линии длиной 1 изменяется от ρ до ρ, волновое сопротивление третьей экспоненциальной линии длиной 1 изменяется от ρ до ρ, волновое сопротивление четвертой экспоненциальной линии длиной 1 изменяется от ρ до ρ, волновое сопротивление пятой экспоненциальной линии длиной 1 изменяется от ρ до ρ, волновое сопротивление шестой экспоненциальной линии длиной l изменяется по экспоненциальному закону от ρ до волнового сопротивления ρ подводящих линий.
Полезная модель поясняется чертежами, где на Фиг.1 приведено схематическое изображение предлагаемого фазовращателя с четырьмя экспоненциальными отрезками, на фиг.2 приведена частотная зависимость разности фаз сигналов на выходах предлагаемого 90° фазовращателя в октавной полосе частот, на фиг.3 - частотная зависимость модуля коэффициента стоячей волны напряжения предлагаемого фазовращателя в октавной полосе частот,
где:
1 - фазосдвигающий канал;
2 - шлейф;
3 - компенсирующая линия;
4 - первый вход (вход фазосдвигающего канала);
5 - первый выход;
6 - второй вход;
7 - второй выход;
8 - подводящие линии;
1
9 - первый экспоненциальный отрезок длиной l;
2
10 - второй экспоненциальный отрезок длиной 1;
ц
11 - центральный отрезок одиночной однородной линии длиной 1;
2
12 - третий экспоненциальный отрезок длиной 1;
1
13 - четвертый экспоненциальный отрезок длиной l.
ц
ц
2
1
1
Фазовращатель состоит из фазовращающего канала 1 на одиночной линии передачи со шлейфом 2 и компенсирующей линии 3. Одиночная линия передачи выполнена в виде симметричного каскадного включения четного числа отрезков 9, 10, 12, 13 экспоненциальных одиночных линий передачи, расположенных симметрично относительно центрального отрезка 11, образованного однородной одиночной линией передачи с волновым сопротивлением ρ, длины отрезков связаны соотношением l>l>l, при этом волновое сопротивление первой экспоненциальной линии 9 длиной l
0
1
2
1
ц
2
ц
1
1
1
0
ш
изменяется по экспоненциальному закону от волнового сопротивления ρ подводящих линий 8 до ρ, волновое сопротивление второй экспоненциальной линии 10 длиной 1 изменяется от ρ до ρ, волновое сопротивление третьей экспоненциальной линии 12 длиной l изменяется от ρ до ρ, волновое сопротивление четвертой экспоненциальной линии 13 длиной l изменяется от ρ до волнового сопротивления ρ подводящих линий 8. Шлейф 2 с волновым сопротивлением ρ включен в середине центрального отрезка. Начало первого экспоненциального отрезка 9 является входом фазосдвигающего канала и первым входом 4 фазовращателя. Конец четвертого экспоненциального отрезка 13 является первым выходом 5 фазовращателя. Компенсирующая линия 3 представляет собой отрезок однородной одиночной линии передачи длиной 1к. Начало его является вторым входом 6, а конец - вторым выходом 7 фазовращателя.
к
1
2
ц
1
ц
ш
Предлагаемый дифференциальный фазовращатель работает следующим образом: в рабочей полосе частот при подаче на входы 4, 6 одинаковых по амплитуде и фазе СВЧ -сигналов за счет подобранных значений длин компенсирующей линии l, длин экспоненциальных отрезков l, l, длины центрального отрезка l волновых сопротивлений ρ, ρ, ρ на входе 4 и на выходах 5 и 7 будут сигналы, удовлетворяющие заданным требованиям к коэффициенту стоячей волны напряжения КСВН входа фазосдвигающего канала 4 и к величине максимального отклонения разнести между фазами сигналов на выходах 5 и 7 от номинального значения. Благодаря выявленной закономерности распределения длин и волновых сопротивлений линии передачи фазосдвигающего канала, предлагаемый дифференциальный фазовращатель по сравнению с прототипом в одной и той же рабочей полосе частот имеет меньшие значения КСВН входа 4 и меньшие максимальные отклонения разности фаз сигналов на выходах 5 и 7 от номинального значения. Например, в октавной рабочей полосе частот при номинальном значении фазового сдвига 90° максимальное отклонение от 90° разности фаз сигналов на выходах 5 и 7 и КСВН входа4 равны соответственно: 1.39°и 1.17 - для прототипа, 1.06°и 1.05 для предлагаемого фазовращателя (фиг.2, 3).