ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ СВЧ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ Российский патент 2005 года по МПК H01P1/18 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве базового элемента при создании различных устройств СВЧ.

Дифференциальные 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.

Фазовращатели с фазосдвигающим каналом на одиночных линиях передачи проще в реализации, но они являются отражающими. Уменьшение коэффициента стоячей волны напряжения К_стUmax входа фазосдвигающего канала на одиночных линиях передачи приводит к росту отклонения Δ ϕ от номинального значения ϕ _о разности фаз сигналов на выходах компенсирующего и фазосдвигающего каналов. Поэтому при поиске их параметров находится компромисс между отклонением Δ ϕ и К_стUmax.

Известен дифференциальный фазовращатель СВЧ на одиночной линии передачи, фазосдвигающий канал которого содержит комбинацию отрезка полуволновой линии передачи (длиной λ _ср/2, где λ _ср - длина волны линии на средней частоте рабочего диапазона) и два шлейфа длиной λ _ср/8 - разомкнутый и короткозамкнутый, расположенные поперек полуволнового отрезка линии передачи. (Microwave & RF. - 1979. - № 12. - р.167-168).

Основным достоинством этого фазовращателя является простота изготовления. В октавной полосе частот для 15≤ ϕ _о≤_{90° они имеют KcmU max≤1.15 и Δ ϕ ≈ 2°. Недостатком этого фазовращателя является величина отклонения Δ ϕ ≈ 2° разности фаз от номинального значения, 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 К_{стU max} входа фазосдвигающего канала стало больше. Большая величина К_{стU max} 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 коэффициента стоячей волны напряжения К_{стU max} входа фазосдвигающего канала совпадают с предыдущим решением. Большая величина К_{стU max} является их недостатком.

Задачей предлагаемого изобретения является более точное обеспечение постоянного сдвига фаз (уменьшение Δ ϕ ) в широкой полосе частот при уменьшении K_cmUmax входа фазосдвигающего канала.

Поставленная задача решается тем, что в дифференциальном фазовращателе СВЧ, содержащем фазосдвигающий канал на одиночной линии передачи со шлейфом, включенным в центре линии, и подводящие линии с волновым сопротивлением ρ ₀, компенсирующую линию, согласно предлагаемому решению, одиночная линия передачи выполнена в виде каскадного включения нечетного числа чередующихся отрезков однородных линий передачи с волновыми сопротивлениями ρ и ρ ₀, расположенных симметрично относительно центрального отрезка с сопротивлением ρ , при этом длины отрезков с волновым сопротивлением ρ выполнены увеличивающимися, а длины отрезков с волновым сопротивлением ρ ₀ уменьшающимися по направлению к центральному отрезку одиночной линии. При этом длина центрального отрезка больше длины шлейфа.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведено схематическое изображение предлагаемого фазовращателя, 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 отражения от входа 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.

Фазовращатель состоит из фазовращающего канала 1 на одиночной линии передачи, со шлейфом 2, и компенсирующей линии 3. Одиночная линия передачи представляет собой симметричное каскадное включение нечетного числа отрезков однородных линий передачи различной длины с чередующимися значениями волновых сопротивлений ρ , ρ ₀. Шлейф 2 с волновым сопротивлением ρ _ш включен в середине центрального отрезка. Длины отрезков и шлейфа связаны соотношением l₃>l_ш>l₂>l₁ (для пятиступенчатой структуры) и l₅>l_ш>l₂>l₄>l₃>l₁ (для девятиступенчатой). Начало первого отрезка с волновым сопротивлением ρ является входом фазосдвигающего канала и первым входом 4 фазовращателя. Конец последнего отрезка с волновым сопротивлением ρ является первым выходом 5 фазовращателя. Компенсирующая линия 3 представляет собой отрезок однородной одиночной линии передачи длиной l_комп. Начало его является вторым входом 6, а конец -вторым выходом 7 фазовращателя. Вход 4 и выход 5 соединены с подводящими линиями, имеющими волновое сопротивление ρ ₀ (не показаны).

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 длины компенсирующей линии l_комп, длин отрезков и шлейфа, волнового сопротивления ρ и ρ _ш на входе 4 и на выходах 5 и 7 будут сигналы, удовлетворяющие заданным требованиям к K_{cmU max} входа фазосдвигающего канала 4 и к величине максимального отклонения разности между фазами сигналов на выходах 5 и 7 от номинального значения. Благодаря выявленной закономерности распределения длин отрезков одиночной ЛП фазосдвигающего канала, предлагаемый дифференциальный фазовращатель по сравнению с прототипом в одной и той же рабочей полосе частот имеет меньшие значения К_{стU max} 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 К_{стU max} входа 4 равны соответственно: 1.39° и 1.17 - для прототипа, 0,905° и 1.006 для предлагаемого фазовращателя (фиг.2, 3).

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве базового элемента при создании различных устройств СВЧ. Техническим результатом является более точное обеспечение постоянного сдвига фаз в широкой полосе частот при уменьшении максимального значения коэффициента стоячей волны входа фазосдвигающего канала. В дифференциальном фазовращателе СВЧ, содержащем фазосдвигающий канал на одиночной линии передачи со шлейфом и компенсирующую линию, одиночная линия передачи выполнена в виде симметричного каскадного включения нечетного числа чередующихся отрезков однородных линий передачи с волновыми сопротивлениями р и р₀, длины отрезков с волновым сопротивлением р монотонно возрастают, а длины отрезков с волновым сопротивлением р₀ монотонно убывают к центру одиночной линии, при этом шлейф включен в середине центрального отрезка и его длина меньше длины центрального отрезка, при этом р₀ равно волновому сопротивлению подводящих линий. 1з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Фазовращатель СВЧ дифференциальный, содержащий фазосдвигающий канал на одиночной линии передачи со шлейфом, включенным в центре линии, и подводящими линиями с волновым сопротивлением р₀, компенсирующую линию, отличающийся тем, что одиночная линия передачи выполнена в виде каскадного включения нечетного числа чередующихся отрезков однородных линий передачи с волновыми сопротивлениями р и р₀, расположенных симметрично относительно центрального отрезка с сопротивлением р, при этом длины отрезков с волновым сопротивлением р выполнены увеличивающимися, а длины отрезков с волновым сопротивлением р₀ уменьшающимися по направлению к центральному отрезку одиночной линии.2. Фазовращатель СВЧ дифференциальный по п.1, отличающийся тем, что длина центрального отрезка больше длины шлейфа.