Дискретный петлеобразный диодный свч фазовращатель

 

Изобретение относится к области СВЧ-радиотехники и может быть использовано в фазовых модуляторах, фазированных антенных решетках и в других радиотехнических устройствах. Технический результат заключается в сокращении количества диодов, упрощении конструкции и повышении надежности. Фазовращатель состоит из микрополосковых секций, снабженных соединяющим концы петли диодом и связанным с ней коммутируемым согласующим элементом. Коммутируемый согласующий элемент в виде подключенного к середине петли через диод короткозамкнутого шлейфа выполнен в секциях с большим дискретом, а в секциях с малым дискретом - в виде линии на участке соединения через диод концов петли с волновым сопротивлением, превышающим в 1,5-2 раза волновое сопротивление основной линии и петли. 1 ил.

Изобретение относится к области СВЧ-радиотехники, в частности к широкополосным дискретным полупроводниковым СВЧ-фазовращателям, и может быть использовано в фазовых модуляторах, фазокомпенсаторах, фазированных антенных решетках и других радиотехнических устройствах для управления фазой электромагнитных колебаний.

Известны проходные широкополосные дискретные диодные СВЧ-фазовращатели, состоящие из фазосдвигающих разрядов на переключаемых отрезках линии передачи с различной электрической длиной для обеспечения задержки сигнала за счет конечной скорости распространения волны в линии и в результате для получения фазового сдвига-дискрета (см., например, книгу Хижы Г.С. и др. СВЧ фазовращатели и переключатели: особенности создания на р-I-n-диодах в интегральном исполнении. М.: Радио и связь, 1984, с.168, рис.5.12).

Основным недостатком таких фазовращателей является большое число диодов: 4 на разряд.

Наиболее близким из известных аналогов заявляемого фазовращателя является дискретный диодный СВЧ-фазовращатель проходного типа, состоящий из секций в виде петли, снабженной соединяющим ее концы диодом и подключаемого к середине петли через второй диод при прохождении сигнала по укороченному отрезку пути через открываемый при этом соединяющий концы петли первый диод согласующего короткозамкнутого шлейфа (см. статью Горячева И.М., Сестрорицкого Б.В. Дискретный полупроводниковый фазовращатель змейкового типа на р-I-n-диодах. - Вопросы радиоэлектроники. Серия общетехническая. 1971 г., вып.10, с.3, рис.1).

Недостатком данного петлевого фазовращателя является сохранение относительно большого числа диодов на линии передачи.

Технический результат предлагаемого изобретения - сокращение количества диодов в линии передачи волны, упрощение конструкции и повышение надежности системы фазовращателей, а также экономия тока управления при эксплуатации фазовращателей с управляемыми фазовыми сдвигами.

Указанный технический результат достигается тем, что в дискретном петлеобразном диодном СВЧ-фазовращателе проходного типа, состоящем из микрополосковых секций, снабженных соединяющим концы петли диодом и связанным с ней коммутируемым согласующим элементом, коммутируемый согласующий элемент в виде подключенного к середине петли через диод короткозамкнутого шлейфа выполнен в секциях с большим дискретом (≥90°), а в секциях с малым дискретом (<90°) в виде линии на участке соединения через диод концов петли с волновым сопротивлением, превышающим в 1,5-2,0 раза волновое сопротивление основной линии и петли.

В фазовращателе-прототипе согласующий короткозамкнутый шлейф через диод подключен к середине петли в секциях как малых, так и больших дискретов, независимо от рекомендации применять два одинаковых диода (диод, коммутирующий шлейф, сравнивается с диодом, соединяющим концы петли) для скачков фазы ≥45°; более того, для меньших скачков фазы подключение коммутируемого шлейфа к середине петли конструктивно усложнено, в связи с чем выполнение коммутируемого согласующего элемента в виде подключенного к середине петли через диод короткозамкнутого шлейфа в секциях с большим дискретом (≥90°) является в сравнении с прототипом одним из изложенных в заявляемой формуле изобретения отличительных признаков.

Кроме того, ограничение известного в уровне техники осуществления согласования в виде подключенного к середине петли через диод короткозамкнутого шлейфа большими дискретами (≥90°) в сочетании с перенесением функций согласования на малых дискретах (<90°) на сам отрезок линии между концами петли (с включенным в нем диодом), выразившемся в повышении экспериментально подобранного волнового сопротивления данного отрезка линии (в 1,5-2,0 раза) и предусмотренном увеличении емкостного сопротивления диода (на 15-20%), позволило обеспечить работоспособность заявляемого фазовращателя с иным режимом работы, доводом в пользу чего является снижение потерь фазовращателя в целом, сравнении с фазовращателем по прототипу, несмотря на незначительное увеличение потерь (примерно на 0,1 дБ) в секции с малым дискретом в заявляемом фазовращателе.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого фазовращателя, состоящего в представленном примере осуществления из четырех секций с дискретом: 22,5°; 45°; 90° и 180°, без указания элементов управления.

Фазовращатель в данном примере состоит из двух секций с малым дискретом: 22,5° и 45°, и двух секций с большим дискретом: 90° и 180°. Секция с малым дискретом 22,5° (такое же устройство имеет секция с дискретом 45°) выполнена в виде петли 1, двух участков 2 линии, соединяющих ее концы, и включенного между этими участками диода 3, а также входного и выходного участков 4 и 5 основной линии передачи электромагнитной волны в районе секции. Секция с большим дискретом 90° содержит кроме петли 6 с соединяющим ее концы диодом 7 и входного и выходного участков 8 и 9 основной линии передачи, подключенный к середине петли 6 через диод 10 короткозамкнутый шлейф 11, при этом для согласования полудлина петли 6 и длина шлейфа 11 в сумме составляют электрическую длину, равную четверти длины волны (в секции с дискретом 180° шлейф отсутствует - согласование обеспечивается полудлиной петли).

Фазовращатель работает следующим образом.

В секции с малым дискретом, в частности с дискретом 22,5°, когда диод 3 открыт, сигнал проходит по входному участку 4 основной линии, затем разделяется, проходя через участки 2 и включенный между ними диод 3 и частично через петлю 1, после чего суммируется на выходном участке 5 основной линии; когда диод 3 закрыт, сигнал проходит по входному участку 4, петле 1 и выходному участку 5 основной линии, совершая соответствующий электрической длине петли 1 фазовый набег. В секции с большим дискретом, в частности с дискретом 90°, когда открыты диоды 7 и 10, сигнал проходит через входной участок 8, диод 7 и выходной участок 9 основной линии, когда закрыты диоды 7 и 10, сигнал проходит по входному участку 8, петле 6 и выходному участку 9 основной линии, совершая соответствующий петле 6 фазовый набег.

При этом экспериментально подобранная разница в волновом сопротивлении участков 2 (100 Ом) и основной линии, в частности участков 4, 5, 8, 9 и петли 1 (50 Ом) - в данном случае в 2 раза позволила обеспечить работоспособность фазовращателя в диапазоне частот 1450-1550 МГц с снижением общих потерь в сравнении с фазовращателем по прототипу (с согласующим шлейфом на малых и больших дискретах и минимальным использованием диодов - по два на секцию) с 2,0 дБ до 1,5 дБ при уменьшении общего КСВ с 1,5 до 1,3.

Формула изобретения

Многосекционный дискретный петлеобразный диодный СВЧ-фазовращатель, состоящий из микрополосковых секций, выполненных с использованием в них согласующего элемента в виде подключенного к середине петли через диод короткозамкнутого шлейфа и условием получения последовательно соединенными секциями малых (<90°) и больших (≥90°) дискретов фазы и снабженных в каждой секции соединяющим концы петли диодом и связанным с ней коммутируемым согласующим элементом, отличающийся тем, что секции с малым дискретом выполнены с коммутируемым согласующим элементом в виде линии на участке соединения через диод концов петли с волновым сопротивлением, превышающим в 1,5-2,0 раза волновое сопротивлением основной линии и петли, а использование в секциях согласующего элемента в виде подключенного к середине петли через диод короткозамкнутого шлейфа ограничено большими дискретами.

РИСУНКИ

Рисунок 1