ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ СВЧ 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 K_cтU max входа фазосдвигающего канала на одиночных линиях передачи приводит к росту отклонения Δϕ от номинального значения ϕ_о разности фаз сигналов на выходах компенсирующего и фазосдвигающего каналов. Поэтому при поиске их параметров находится компромисс между отклонением Δϕ и К_стUmax.

Известен дифференциальный фазовращатель СВЧ на одиночной линии передачи, фазосдвигающий канал которого содержит комбинацию полуволнового отрезка линии передачи и двух шлейфов - разомкнутого и короткозамкнутого, расположенных поперек полуволнового отрезка линии передачи. Длины шлейфов равны λ_ср/8, где λ_ср - длина волны в линии на средней частоте рабочего диапазона. (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 K_стUmах<1,15 и Δϕ≈2°. Недостатком этого фазовращателя является относительно большая величина отклонения разности фаз от номинального значения Δϕ, 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_стUmax входа фазосдвигающего канала стало больше. Большая величина К_стUmax 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 K_cтUmax является их недостатком.

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

Поставленная задача решается тем, что в дифференциальном фазовращателе СВЧ, содержащем фазосдвигающий канал на одиночной линии передачи со шлейфом, и компенсирующую линию, согласно предлагаемому решению одиночная линия передачи выполнена в виде симметричного каскадного включения нечетного числа отрезков однородных линий передачи, длины которых равны λ_ср/4, длина центрального отрезка равна λ_ср/2, волновые сопротивления отрезков монотонно убывают к центру одиночной линии, при этом шлейф включен в середине центрального отрезка.

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.

Фазовращаетель 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 длиной ϕ_ср/4 с волновыми сопротивлениями ρ₁, ρ₂, ρ₃, длина центрального отрезка равна λ_ср/2. Волновые сопротивления связаны соотношением ρ₁>ρ₂>ρ₃. Шлейф 2 с волновым сопротивлением ρ_ш включен в середине центрального отрезка. Начало первого отрезка с волновым сопротивлением ρ₁ является входом фазосдвигающего канала и первым входом 4 фазовращателя. Конец второго отрезка с волновым сопротивлением ρ₁ 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.

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 и волновых сопротивлений отрезков и шлейфа на входе 4 и на выходах 5 и 7 будут сигналы, удовлетворяющие заданным требованиям к K_cтUmax 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 волновых сопротивлений линии передачи фазосдвигающего канала, предлагаемый дифференциальный фазовращатель по сравнению с прототипом в одной и той же рабочей полосе частот имеет меньшие значения К_стUmax 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_стUmax входа 4 равны соответственно: 1.39° и 1.17 - для прототипа, 0.94° и 1.03 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. Дифференциальный фазовращатель СВЧ содержит фазосдвигающий канал на одиночной линии передачи со шлейфом, и компенсирующую линию. Одиночная линия передачи выполнена в виде симметричного каскадного включения нечетного числа отрезков однородных линий передачи, длины которых равны λ_ср/4, длина центрального отрезка равна λ_ср/2. Волновые сопротивления отрезков монотонно убывают к центру одиночной линии, при этом шлейф включен в середине центрального отрезка. 3 ил.

Дифференциальный фазовращатель СВЧ, содержащий фазосдвигающий канал на одиночной линии передачи со шлейфом, и компенсирующую линию, отличающийся тем, что одиночная линия передачи выполнена в виде симметричного каскадного включения нечетного числа отрезков однородных линий передачи, длины которых равны λ_ср/4, длина центрального отрезка равна λ_ср/2, волновые сопротивления отрезков монотонно убывают к центру одиночной линии, при этом шлейф включен в середине центрального отрезка, где λ_ср - длина волны линии передачи на средней частоте рабочего диапазона.