ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H01P1/18 

Изобретение относится к радиотехнике, технике средств связи и может быть использовано в фазовращающих устройствах антенн, в частности в фазовращателях на нагруженных линиях.

Наиболее близким к изобретению техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является одноступенчатый отражательный фазовращатель (ООФ), содержащий проводник входной линии, два проводника трансформирующей линии, p-i-n-диод, подстроечный элемент, конструктивно выполненный в виде ответвления от трансформирующей линии и представляющий собой разомкнутый емкостный шлейф.

Подстройка фазы в прототипе осуществляется за счет изменения (укорочения) размеров разомкнутого емкостного шлейфа. Такая подстройка является недостатком мощных ООФ, реализуемых на воздушных коаксиальных или полосковых линиях, так как указанная подстройка приводит к усложнению конструкции линии и необходимости механической доработки шлейфа.

На фиг.1 и 2 приведен пример конструктивного выполнения фазовращателя; на фиг. 3 - диэлектрический вкладыш, использованный в качестве элемента подстройки; на фиг. 4 - изображена электрическая схема фазовращателя; на фиг. 5 приведены зависимости фазовых сдвигов от диэлектрической проницаемости и толщины вкладышей.

В корпусе 1 фазовращателя размещен отрезок 2 ТЕМ-линии передачи с подключенным к нему шлейфом с проводником 3, трансформатором 4 и короткозамыкателем 5, между торцами которых установлен p-i-n-диод 6. Короткозамыкатель 5 является держателем p-i-n-диода 6, смещение на который подается через лепесток 7, закрепленный на держателе, изолированном от корпуса 1 диэлектрическими пластинами 8. Зазор между торцами трансформатора 4 короткозамыкателя 5 выполняет функцию емкостного подстроечного элемента, выполненного в виде сменных диэлектрических вкладышей 9, в которых выполнены пазы для размещения диода 6.

Принцип работы фазовращателя основан на зависимости фазы коэффициента отражения от величины емкости С конденсатора, образованного торцом трансформатора 4, вкладышем 9 и поверхностью короткозамыкателя 5, определяемой диэлектрической проницаемостью и размерами вкладыша 9.

При подаче напряжения обратного смещения U_см(+) на катод p-i-n-диода 6 он представляет собой емкость, которая добавляется к емкости С, и шлейф оказывается нагружен на емкостную нагрузку. При подаче напряжения прямого смещения U_см(-) к катоду p-i-n-диода 6 параллельно емкости С подключается индуктивность, которая шунтирует емкость С так, что суммарная нагрузка шлейфа имеет индуктивный характер. Помещая между торцом трансформатора 4 и короткозамыкателем 5 сменные вкладыши 9, отличающиеся диэлектрической проницаемостью материала или размерами (толщиной h), можно изменять величину емкости С и тем самым подбирать необходимую фазу коэффициента отражения. В частности, указанный эффект описывается следующими выражениями:
для одноступенчатого отражательного фазовращателя
Δϕ ≈ 2arcsin tg
(1)
для одноступенчатого проходного фазовращателя на четвертьволновой линии, нагруженной по концам на отражательные фазовращатели,
Δϕ ≈ 2arctg tg
(2) где Δϕ - сдвиг фазы;
ω - средняя частота полосы пропускания;
C_д - емкость диода 6 при обратном смещении;
L - индуктивность диода 6 при прямом смещении;
Z₃ и Z₄ - волновое сопротивление шлейфа 3 и трансформатора 4 соответственно;
Z_о - волновое сопротивление отрезка 2 ТЕМ-линии передачи.

Формулы (1), (2) верны для фазовращателей с максимально плоской фазовой характеристикой. Для этого случая электрическая длина трансформатора 4 - θ₄ выбирается равной 90^о, а проводника 3 - θ₃ - из условия равенства по абсолютной величине реактивных составляющих проводимостей на входе трансформатора 4 при двух состояниях диода 6 (напряжений прямого и обратного смещения).

Из формул (1), (2) видно, что изменение величины емкости С приводит к изменению величины фазового сдвига.

Для 16-диодного проходного фазовращателя фазированной антенной решетки были достигнуты пределы регулировки суммарного сдвига фазы (фиг.5) в диапазоне частот ± 6% 7-24^о с использованием 16 диэлектрических вкладышей из темплена толщиной h = 2 мм, ε = 2,0, 13 - 45^о для 16 вкладышей из материала СТ-10 с ε =10 и h=2 мм. При толщине h=1 мм и ε =10 пределы регулировки составили 22-7^о. Этого предела достаточно, чтобы скомпенсировать уходы сдвига фазы фазовращателя, связанные с разбросом реактивных параметров диодов и технологическими допусками конструкции.

Положительный эффект достигается тем, что настройка в предложенном фазовращателе достигается без механической доработки проводника, а только посредством замены диэлектрических вкладышей, отличающихся между собой физическими размерами и диэлектрической проницаемостью материала. При этом проводники имеют наиболее простую форму, так как не требуется усложнять конструкцию за счет введения дополнительных шлейфов, необходимых для подстройки в прототипе, что улучшает технологичность изготовления.

Использование: в технике средств связи в качестве фазовращателя на нагруженных линиях. Сущность изобретения: в фазовращателе, содержащем отрезок ТЕМ-линии передачи с подключенным к нему шлейфом, между короткозамыкателем которого и центральным проводником установлен p - 1 - n-диод, емкостный подстроечный элемент выполнен в виде сменных диэлектрических вкладышей. 5 ил.

ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ, содержащий отрезок ТЕМ-линии передачи с подключенным к нему шлейфом, между короткозамыкателем которого и центральным проводником установлен pin-диод, и емкостный подстроечный элемент, отличающийся тем, что, с целью упрощения подстройки фазы, емкостный подстроечный элемент выполнен в виде сменных диэлектрических вкладышей, установленных между центральным проводником и короткозамыкателем.