Фазовращатель

 

Изобретение относится к радиоэлектронике СВЧ и может быть использовано для регулировки фазового сдвига в приемопередающей аппаратуре. Цель изобретения - увеличение проходящей мощности. Фазовращатель содержит входной и выходной отрезки полосковой линии на диэлектрической подложке, между которыми через последовательно-параллельно соединенные первый, второй, пятый и шестой pin-диоды включен первый отрезок, а через последовательно-параллельно соединенные третий, четвертый, седьмой и восьмой pin-диоды - второй отрезок. Вдоль продольных осей первого и второго отрезков выполнены щели , делающие половины первого и второго отрезков изолированными. На первом и втором отрезках размещен диэлектрический слой и вдоль продольных осей периодически установлены четвертьволновые отрезки . Параллельное включение pin-диодов между отрезками повышает, проходящую мощность. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s H 01 Р 1/18

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕ НТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4776101/09 (22) 29.12.89 (46) 15.01.93. Бюл. М 2 (71) Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) Н,Д.Малютин и Н.Г.Каньшин (56) Авторское свидетельство СССР

N 657483, кл. Н 01 P 1/18, 1975.

Хижа Г.С. и др. СВЧ-переключатели и фазовращатели. — М.: Радио и связь, 1984, с. 30. (54) ФАЗ ОВ РАЩАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к радиоэлектронике СВЧ и может быть использовано для регулировки фазового сдвига в приемопередающей аппаратуре. Цель изобретения— увеличение проходящей мощности. Фазовращатель содержит входной и выходной отИзобретение относится к радиотехнике

СВЧ и может быть использовано в фазированных антенных решетках, измерительной технике.

Известен полосковый фазовращатепь, содержащий полосковую линию передачи, параллельно участку которой подключен коммутируемый отрезок линии передачи, у каждой точки подключения которого установлены полупроводниковые диоды, коммутируемый отрезок выполнен в виде щели в металлизированном основании, пересекающей полосковую линию передачи в каждой точке подключения, где противоположные края щели соединены между собой одним из

„„ЯЦ„„1788537 А1 резки полосковой линии на диэлектрической подложке, между которыми через последовательно-параллельно соединенные первый, второй, пятый и шестой pin-диоды включен первый отрезок, а через последовательно-параллельно соединенные третий, четвертый, седьмой и восьмой pin-диоды— второй отрезок. Вдоль продольных осей первого и второго отрезков выполнены щели, делающие половины первого и второго отрезков изолированными, На первом и втором отрезках размещен диэлектрический слой и вдоль продольных осей периодически установлены четвертьволновые отрезки. Параллельное включение pin-диодов между отрезками повышает. проходящую мощность. 2 ил. двух диодов, а другой подключен между краем щели и участком полосковой линии передачи.

Основным недостатком указанного фазовращателя является то, что он рассчитан на низкий уровень передаваемой мощности. Мощность ограничивается как диодами, включенными между краем щели и участком полосковой линии, так и самой щелевой линией.

Наиболее близким по технической сущности является фазовращатель на переключаемых отрезках передающих пиний, образующих короткий и длинный каналы передачи СВЧ энергии и коммутирующие дио1788537 нены через коммутирующие диоды с балла10 стными нагрузками, Известно применение трехпроводных

20

30

40

55 ды, включенные последовательно между входом устройства и входными концами пе- . редающих линий, выходом устройства и выходными концами передающих пиний.

Основным недостатком этого фазовра- 5 щателя является то, что в каждом канале передачи СВЧ энергии стоит последовательно включенный коммутирующий диод, через который проходит, если данный диод открыт, сигнал мощности, равный мощности входного сигнала. Часть мощности рассеивается на коммутирующих диодах, причем именно эта, рассеиваемая на диодах мощность, является ограничивающей пропускаемую через фазовращатель мощность. Диоды в режиме, когда они включены последовательно, имеют максимальную нагрузку, поэтому при повышенной передаваемой мощности их надежность уменьшается, катастрофический же отказ одного диода влечет за собой резкое возрастание коэффициента стоячей волны по входу и выходу. а также "внутренние" рассогласования, что в реальных условиях эксплуатации также влияет на уменьшение передаваемой мощности в рабочем режиме.

Целью изобретения. является увеличение передаваемой мощности при сохране-нии широкополосности.

Указанная цель достигается тем, что в полосковом дискретном фазовращателе

СВЧ, содержащем отрезки входной и выходной полосковых линий, отрезки передающих линий на диэлектрической подложке, образующих короткий и длинный каналы передачи СВЧ сигнала, основные коммутирующие диоды и коммутирующие диоды, соединенные с балластными нагрузками, отрезки передающих линий короткого и длинного каналов разделены на две изолированные части продольным сплошным за- . зором, введены дополнительные коммутирующие диоды и дополнительные отрезки линий, перекрывающие сверху симметрично обе части отрезков передающих линий обеих каналов и отделенные от частей отрезков передающих линий слоем пле.ночного диэлектрика, дополнительные . отрезки линий разделены на секции поперечными зазорами, длина каждой секции не превышает А/4 на верхней частоте, рабочего диапазона, основные и дополнительные коммутирующие диоды соединены попарно одноименными полюсами с концами отрезков входной и выходной полосковых линий и другими полюсами соединены с частями отрезков передающих линий так, что пары основных и дополнительных коммутирующих диодов короткого канала включены последовательно-параллельно, а пары основных и дополнительных коммутирующих диодов длинного канала включены также последовательно-параллельно по отношению к друг другу и встречно по отношению к парам диодов короткого канала секции дополнительных отрезков линий, примыкающие ко входу и выходу отрезков передающих линий длинного канала соедисвязанных линий, образованных двумя планарными полосками равной ширины и третьей полоской, перекрывающей первые две для увеличения связи между линиями длиной Л /4 в направленных ответвителях

Введение дополнительной полоски приводит к увеличению связи между линиями и выравниванию фазовых скоростей нормальных волн, что позволяет повысить развязку между диагональными плечами направленного ответвителя и выполнить его как 3 дБ, Новыми признаками заявляемого устройства являются:. разделение отрезков передающих линий короткого и длинного каналов на две изолированные части продольным сплошным. зазором, перекрытие частей дополнительными отрезками линий, отделенных от частей передающих линий пленочным диэлектриком, дополнительные отрезки линий разделены на секции поперечными прорезями, длина каждой секции не превышает iL/4 на верхней частоте рабочего диапазона, основные и дополнительные коммутирующие диоды соединены попарно одноименными полюсами с конца-, ми отрезков входной и выходной полосковых линий и другими полюсами соединены с частями отрезков передающих линий так, что пары основных и дополнительных коммутирующих диодов. короткого и длинного каналов включены последовательно-параллельно по отношению друг к другу и встречно по отношению к каналам, секции дополнительных отрезков линий, примыкающие ко входу и выходу длинного канала соединены через коммутирующие диоды с балластными нагрузками.

Наличие секционированных дополнительных отрезков линий, электромагнитно связанных с образовавшимися частями отрезков передающих линий при использованной схеме включения коммутирующих диодов обеспечивает увеличение передаваемой мощности при сохранении согласования за счет равного деления пропускаемой мощности через коммутирующие диоды, объединенные в пары всл дсп и . гальвани

1788537 ческой развязки частей передающих линий каждого канала и одновременно сильной электромагнитной связи по CBV частей передающих линий.

На фиг.1 показана конструкция дискретного полоскового фазовращателя СВЧ, вид сверху; на фиг.2 — сечение А-А на фиг.1.

Дискретный полосковый фазовращатель СВЧ содержит отрезки входной и выходной полосковых линий 1, 2, отрезки передающих линий длинного и короткого каналов 3, 4 и 5, 6, разделенные на две изолированные части продольным сплошным зазором 7, дополнительные отрезки линий 8-16 и 17-18, перекрывающие сверху симметрично обе части отрезков передающих линий 3, 4 и 5, 6 обеих каналов и отделенные от частей отрезков 3, 4, 5, 6 слоем пленочного диэлектрика 19 (фиг.2). Дополнительные.отрезки линий 8-16, 17-18 разделены на секции 8. 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 и 17, 18 поперечными прорезями, длина каждой секции не превышает А /4 на верхней частоте рабочего диапазона. Основные коммутирующие диоды 20, 23, 25, 26 и дополнительные коммутирующие диоды 21, 22, 24, 27., соединенные попарно одноименными полюсами с концами отрезков входной и выходной 1, 2 полосковых линий и другими полюсами — с частями отрезков передающих линий 3, 4, 5, 6. Коммутирующие диоды 20, 21, 22, 23 включены последовательно-параллельно по отношению к друг другу, коммутирующие диоды 24, 25, 26, 27 также последовательно-параллельно друг другу и встречно диодам 20, 21, 22, 23, Коммутирующие диоды 28, 29 соединяют секции 8, 16 и балластные нагрузки 30, 31.

П роводн и к и 1-6 нанесен ы на диэлектрическую подложку 32.

Дискретный фазовращатель СВЧ работает следующим образом.

Входной сигнал распространяется либо по короткому, либо по длинному каналу переключением состояний пар диодов 20, 21 и т.д. Если диоды 20, 21, 22, 23 открыты, а диоды 24, 25, 26, 27 закрыты, тогда сигнал распространяется по длинному каналу, а если состояние диодов противоположное — no короткому. B устройстве пары диодов, образованные основными коммутирующими диодами и дополнительными коммутирующими диодами по постоянному току изолированы друг от друга, т.е. диод 20 гальванически развязан с диодом 21, диод

22 гальванически развязан с диодом 23 и т.д. благодаря выполнению сплошного зазора, делящего отрезки передающих линий на две части 3 и 4, 5 и 6. За счет разной . физической длины частей передающих линий 3 и 4, 5 и 6 при их подключении к входной и выходной полосковым линиям потенциально возникают резонансные биения как за счет разности электрических длин

5 частей, так и за счет их распределенной злектроь агнитной связи и возникающего при этом обмена энергией между линиями, Введенные дополнительные отрезки линий

8-16 и 17-18 имеют сильную электромагнит10 ную связь с частями передающих линий (коэффициент емкостной связи 0.9

Введение дополнительных коммутирующих диодов 21...22 с одновременным введением продольного зазора создает особый режим

15 возбуждения частей отрезков передающих линий и дополнительных отрезков линий: он соответствует синфазному типу как по току, . так и по напряжению в частях отрезков передающих линий, синфаэному типу по на20 пряжению(по отношению к частям отрезков передающих линий) в дополнительных отрезках линий. По току благодаря делению дополнительных отрезков на секции с длин от А

30 трех связанных проводников гальваниче. ская развязка дополнительных коммутирующих диодов с основными коммутирующими диодами позволяет разделить проходящую мощность, например, 35 между диодами 20 и 21 в пропорции, близкой к отношению их дифференциальных сопротивлений, т.е. приблизительно поровну.

Постоянный ток прямого смещения через диоды 20, 21, 22, 23 выравнивается за счет

40 последовательно-параллельного их включения, Это также способствует выравниванию сопротивлений диодов 20, 21 ° 22, 23 в состоянии, когда они открыты. Поскольку мощность СВЧ сигнала в широком диапазоне

45 частот между коммутирующими диодами 20 и 21, 22 и 23 делится примерно поровну и в линиях 3, 4 отсутствуют резонансные колебания, суммарная передаваемая мощность увеличивается почти в 2 раза по сравнению

50 с обычно применяемой конструкцией фазовращателей на переключаемых отрезках линий. При подключении короткого канала; т.е. когда основные и дополнительные ком- мутирующие диоды 20,...,23 закрыты, в

55 длинном канале из-за наличия емкости у диодов 20...23 возникают резонансные колебания. Включение коммутирующих диодов между секциями дополнительных проводников 8 и 16 и балластными нагрузками 30, 31 приводит к укорочению длины

1788537 вступающей в резонанс системы проводников, образованной частями отрезков передающих линий и секциями дополнительного проводника 9-15, иодйовремен1 о к внесению потерь в нее, В результате та часть мощности, которая просачивается в отключенный длинный канал, гасится в образовавшейся квазираспределенной системе секция-диод-балластная нагрузка, гальванически развязанной с основной передающей линией. Все это вместе взятое позволяет независимо друг от друга "подпирать" диоды закрытого канала и диоды, выключающие балластные нагрузки, повышенным напряжением для того, чтобы закрытые диоды не открывались СВЧ напряжением и не ограничивали вследствие этого передаваемую мощность, Зазор между линиями 3, 4 и 5, 6 берется минимальный, исходя из технологических ограничений. В силу того, что по указанным причинам (наличие дополнительных отрезков линий 8-16, 17-18) связь между линиями 3, 4 и 5, 6 сильная; критичность выбора зазора между линиями 3, 4 и 5, 6 отсутствует. Данный зазор влияет лишь на общую ширину линий (ширина линии 3 плюс зазор, плюс ширина линии 4), которая выбирается обычным образом исходя из того, что тракт короткого и длинного каналов должен быть согласован с входной и выходной линиями 1, 2. Величина поперечных зазоров, разделяющих дополнительные отрезки лийий на секции, составляет для микрополосковой конструкции примерно половину ширины этих линий (при толщине подложки из поликора h=1 мм это 0,5 мм). Выбор этого зазора обусловлен наличием торцевой емкостной связи между образующимися секциями, которая для микрополосковой конструкции при зазоре 0,5 мм сильно ослабевает в сравнении с взаимной емкостью полосок 8-16 с линиями 3, 4 и полосок 17, 18 с линиями 5, 6. Длина секций, ограниченная Л /4 на верхней частоте диапазона исключает резонансные явления в системе трех проводников, например, части линий 3 и 4, перекрытых дополнительным проводником 8. В данной трехпроводной (трехполосковой) системе образуется три типа нормальных волн, каждая из которых имеет свою постоянную распространения. Однако за счет того, что длина секции ограничена Л/4, связанные волны образуются как преимущественно нормальные волны синфазного типа (синфазное возбуждение линий 3 и 4). Это условие сохраняется вплоть до частот, когда фазовый набег в секции не превышает 90 град; выше по частоте, во-первых, в секции начинается перекачка энергии синфазных волн в волны противофазные, что влечет за собой появление дисперсии, а, во-вторых, появление перекачки энергии влечет за собой изменение входного сопротивления, т.е. наступает состояние, соответствующее появлению фильтрующих свойств у секции, То и другое исключается ограничекием длины секций Л/4.

Для проверки работоспособности предлагаемого устройства был изготовлен макет двухразрядного фазовращателя. на диапа5

10 зон частот 1,5-3 ГГц. Фазовращатель выполнен на материале Флан-10 толщиной 1 мм с использованием коммутирующих диодов типа 2А536 А-5 (см. акт испытаний). В ука15 занной полосе частот полосковый дискретный фазовращатель СВЧ имел потери не хуже 3 дБ при переклгочаемом фазовом сдвиге на частоте 1 =1,55 ГГц на два разряда

Лр др=360 град, добротность фазовращателя не хуже 120 град/дБ. Проведенная оценка передаваемой мощности показывает, что при идентичных коммутирующих диодах в

25 сравнении с прототипом на переключаемых отрезках линий происходит ее увеличение в

1,7-2 раза (см. акт испытаний).

Таким образом, заявляемый полосковый дискретный фазовращатель обеспечивает увеличение передаваемой мощности при сохранении широкополосности.

Формула изобретения

Фазовращатель, содержащий диэлектрическую подложку, металлизированную с оборотной стороны, на лицевой стороне которой размещены входной, выходной, пер35 вый и второй отрезки полосковых линий, первый, второй, третий и четвертый pin-диоды, первый и второй pin-диоды включены

40 однополярно между входным отрезком, первым отрезком и выходным отрезком полосковой линии соответственно, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью увеличения проходящей мощности, дополнительно введены пятый, шестой, седьмой и восьмой plnдиоды, диэлектрический слой и

45 четвертьволновые отрезки, при этом третий и четвертый pin-диоды включены однопо50 лярно между входным отрезком, вторым отрезком и выходным отрезком полосковой линии соответственно согласно с первым и вторым pin-диодами, пятый, шестой, седьмой и восьмой pin-диоды включены парал55 лельно первому, второму, третьему и четвертому pin-диодам соответственно и симметрично им относительно продольных осей первого и второго отрезков полосковой линии, вдоль которых выполнены щели, ди1788 )37

1О

В хор

85 5 17 18 б 86

Фиг. 1

Фиг. 2

Составитель Н.Малютин

Техред М.Моргентал Корректор Л.Ливринц

Редактор

Заказ 74 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101 электрический слой размещен на первом и рогоотрезковполосковойлиниипериодичевтором отрезках полосковой линии, на кото- ски установлены четвертьволновые отрезром вдоль продольных осей первого и вто- ки..