ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ НА π/2
BROADBAND π/2 PHASE CHANGER

Широкополосный фазовращатель на π/2 относится к области радиотехники, а именно к обработке радиосигналов на промежуточной частоте, и может быть использован в радиолокационной технике при получении квадратурных сигналов.
Известно устройство «Сверхвысокочастотный мост», которое может быть использовано в качестве фазовращателя в широкополосных системах радиосвязи, телекоммуникаций и радиолокации (см. патент РФ на изобретение №2190905, МПК H01P 5/18, H03H 7/48 от 10.10.2002), содержащее два идентичных проводника одинаковой электрической длины, окруженных сплошным металлическим экраном, задействован отрезок коаксиального кабеля с волновым сопротивлением, равным величине подключаемых нагрузок, и электрической длиной, равной электрической длине проводников. Кабель расположен параллельно металлическому экрану вне его, а концы центрального проводника кабеля соединены с соответствующими торцами экрана.
Недостатком устройства является низкая широполостность на частотах от 100 МГц до 300 МГц.
Наиболее близкое к изобретению по технической сущности является устройство «Сверхвысокочастотный мост», описанный в работе: Д.М. Сазонов, А.Н. Гридин, Б.А. Мишустин "Устройства СВЧ", М.: Высшая школа, 1981, стр.118-121, который может быть использован в качестве фазовращателя на π/2. Этот фазовращатель, являясь частным случаем направленного ответвителя на линиях передачи с T-волной, образован двумя идентичными коаксиальными линиями, окруженными сплошным металлическим экраном. Такое конструктивное исполнение моста позволяет обеспечить как в коаксиальном, так и в полосковом вариантах постоянный, равный 90°, сдвиг фаз между выходными сигналами во всем диапазоне рабочих частот.
Однако неравномерность амплитудно-частотной характеристики выходных сигналов существенно увеличивается по мере роста коэффициента перекрытия диапазона, достигая 1,5 дБ в октавной полосе частот, что приводит к уменьшению широкополостности.
Техническим результатом изобретения является обеспечение постоянного фазового сдвига опорного напряжения в широкой полосе промежуточных частот и повышение широкополостности.
Технический результат достигается тем, что известный широкополосный фазовращатель на π/2, содержащий два идентичных отрезка коаксиальных линий, образующих распределенные LC контуры, включенные параллельно, снабжен источником опорного напряжения, один конец конденсатора соединен с концом одного отрезка коаксиальной линии, другой конец которой соединен с выводом резистора, оплетка отрезка коаксиальной линии соединена с оплеткой другого отрезка коаксиальной линии, выходной конец резистора соединен с одним концом другого отрезка коаксиальной линии, общая точка соединения которых подключена к одному концу параллельно соединенной цепочки из других конденсатора и резистора, другой конец цепочки соединен с оплеткой другого отрезка коаксиальной линии и минусовым выводом источника опорного напряжения, плюсовой конец которого соединен с точкой соединения другого вывода конденсатора и вторым отрезком коаксиальной линии.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена электрическая схема фазовращателя, на фиг.2 показана эквивалентная схема фазовращателя, на фиг.3 представлена векторная диаграмма напряжений на элементах схемы, фиг.4 - экспериментальная фазочастотная характеристика фазовращателя, на фиг.5 - экспериментальная кривая зависимости фазы выходного сигнала фазовращателя от изменения уровня входного сигнала.
Широкополосный фазовращатель на π/2 содержит конденсатор 1, один конец которого соединен с концом первого отрезка коаксиальной линии 2, другой конец которой соединен с входным концом резистора 3. Оплетка первого отрезка коаксиальной линии 2 соединена с оплеткой идентичного второго отрезка коаксиальной линии 4. Выходной вывод резистора 3 соединен с одним концом отрезка коаксиальной линии 4, общая точка соединения которых подключена к одному концу параллельно соединенной цепочки из конденсатора 5 и резистора 6, другой конец которой соединен с оплеткой отрезка коаксиальной линии 4 и минусовым выводом источника опорного напряжения 7, плюсовой конец которого соединен с точкой соединения другого конца конденсатора 1 и отрезком коаксиальной линии 4.
Широкополосный фазовращатель на π/2 работает следующим образом.
1
2
вх
c1
1
2
вх
Сигнал промежуточной частоты F=150.0 от источника опорного напряжения 7 поступает на конденсатор 1 и вход второго отрезка коаксиальной линии 4. Два одинаковых отрезка коаксиальной линии создают одинаковый фазовый сдвиг входного сигнала. Изменение величины сопротивления резистора 3 на выходе первого отрезка коаксиальной линии 2 обеспечивает в небольших пределах регулировку фазового сдвига входного сигнала. Векторная диаграмма показывает, что при изменении частоты входного сигнала в полосе 50.0 МГц будет изменяться угловой сдвиг векторов U и U на одинаковую величину относительно входного сигнала, при этом сдвиг между векторами входного и выходного сигналов будет сохраняться 90°. На конденсаторе 1 фаза поворачивается на 90° относительно входного сигнала U. На коаксиальной линии 2 напряжение U1 сдвинуто по фазе относительно напряжения U на конденсаторе 1 на угол 45°, этот фазовый сдвиг определяется длиной отрезка коаксиальной линии. Сумма напряжений на эквивалентном контуре U и на конденсаторе 1, а также на втором эквивалентном контуре U создает выходное напряжение, сдвинутое по фазе относительно входного сигнала U на π/2. Оплетки обоих отрезков коаксиальных линий объединяются между собой минусовым выводом источника опорного напряжения и выводом параллельной цепочки конденсатора 5 и резистора 6, что приводит к обеспечению работоспособности фазовращателя.
Широкополосность и неизменность фазового сдвига π/2 обеспечивается одинаковостью длин отрезков коаксиальных линий.
Экспериментально полученная фазочастотная характеристика фазовращателя показывает, что полностью обеспечивается широкополосность фазовой характеристики фазовращателя на уровне 90°. Неквадратурность сигналов не превышает 5° в полосе 60 МГц. Включение параллельной цепочки конденсатора 5 и резистора 6 обеспечивает подстройку фазовращателя в необходимых пределах.
Качество фазовращателя определяется сохранением постоянного коэффициента передачи в широкой полосе частот входного сигнала, сохранением величины фазового сдвига фазовращателя при изменении уровня входного сигнала от (-6 дБ) до (-50 дБ). Требуемые параметры фазовращателя подтверждаются экспериментальными измерениями. Как видно из графика экспериментальных измерений, при изменении уровня входного сигнала на рабочей частоте f=150.0 МГц в пределах 0…-50 дБ сдвиг фазы линии задержки 90° практически не меняется.
Неизменность фазового сдвига с помощью фазовращателя на 90° является необходимым условием при формировании квадратурных сигналов.
Использование изобретения позволяет обеспечить постоянный фазовый сдвиг опорного напряжения в широкой полосе промежуточных частот и повысить широкополосность фазовращателя.