СВЧ-фазовращатель на микрополосковых линиях передачи дециметрового диапазона длин волн Российский патент 2019 года по МПК H01P1/18 

Описание патента на изобретение RU2680859C1

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и может быть использовано для дискретного управления фазой СВЧ сигналов, в частности, в фазированных антенных решетках с электронным управлением луча.

Известны проходные диодные СВЧ-фазовращатели на нагруженных линиях, причем pin-диоды включены в линию передачи непосредственно либо через отрезки линий передачи - шлейфы (см., Справочник по радиолокации, 1977, т. 2, под редакцией М. Сколника, Москва, Советское Радио; Pin - Dioden phasen schieber in symmetrischer Streitenleitungs technik, Brandle R. und Sedlmair S., "Frequenz", 26. 1972, №2, s.s. 45-50).

Недостатком известных технических решений является не технологичность регулировки фазы.

Известен СВЧ-фазовращатель проходного типа на pin-диодах (см., IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-13, 1965, №2, p.p. 233-242; J.F. White, High power, pin-diode controlled, microwave transmission phase shifters), содержащий отрезок передающей линии, к которому одними (входными) концами подсоединены шлейфы, причем другие концы шлейфов подключены к pin-диодам, первые электроды которых контактируют с токонесущими проводниками шлейфов, а вторые электроды подключены по высокой частоте через проходные конденсаторы к корпусу, управление фазой осуществляется переключением pin-диодов, при переключении которых изменяются входные реактивные проводимости шлейфов, на которые нагружен отрезок передающей линии, следовательно, меняется электрическая длина этой линии и, соответственно, фаза коэффициента передачи фазовращателя.

Величина и точность установки номинальных значений фазы определяются величиной и точностью, с которой реализуются соответствующие значения реактивных составляющих входных проводимостей шлейфов при двух состояниях pin-диодов.

Недостатком технического решения является отсутствие в нем регулировки фазы, которая позволяла бы плавно регулировать входные проводимости шлейфов и тем самым обеспечивала бы установку номинальных значений управляемой фазы с необходимой точностью. Поэтому точность установки номинальных значений фазы можно достичь только путем тщательного отбора pin-диодов по параметрам и соответствующей точностью изготовления. Это повышает требования к pin-диодам, усложняет изготовление и настройку фазовращателя.

Наиболее близким по технической сущности является двухразрядный микрополосковый фазовращатель на нагруженной линии (см., IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-16, 1968, №7, p.p. 462-468; Francis L. OPP and W.F. Hofman, Design of digital loaded-line phase-shift networks for microwave thin-film applications, fig. 2, fig. 4), содержащий совмещенные разряды 11,25° и 22,5°, в каждом по два pin-диода, катоды pin-диодов разряда 22,5° подключены к индуктивностям, соединенными с устройством управления и через конденсаторы к корпусу, катоды pin-диодов разряда 11,25° подключены к устройству управления через конденсаторы, соединенные с корпусом, аноды всех pin-диодов соединены с основной линией передачи, разряда 22,5° непосредственно, а разряда 11,25° через конденсаторы, длина основной микрополосковой линии между точками подключения анодов первых pin-диодов разрядов 11,25° и 22,5° и вторых pin-диодов разрядов 11,25° и 22,5° равна λ/4 (θ=90°) или 5λ/24 (θ=75°), точка соединения анодов первых pin-диодов разрядов 11,25° и 22,5° к основной линии подключена к первому входу-выходу, а точка соединения анодов вторых pin-диодов через индуктивность и конденсатор, соединенный с корпусом, к устройству управления и второму входу-выходу, а к анодам pin-диодов разряда 22,5° параллельно подключена индуктивность, соединенная с управлением через конденсатор соединенный с корпусом.

Недостатком технического решения является узкая полоса рабочих частот ±2,5%.

Техническим результатом изобретения является создание малогабаритного широкополосного микрополоскового фазовращателя разрядов 5,625° и 11,25° с малыми ошибками установки фазы.

Технический результат достигается тем, что СВЧ-фазовращатель на микрополосковых линиях передачи дециметрового диапазона длин волн, содержащий два совмещенных pin-диодных разряда 11,25° и 5,625° на нагруженной линии, в каждом по два pin-диода, катоды которых, подключены к двум последовательно соединенным помехоподавляющим фильтрам, причем выходы каждого разряда объединены и связаны с соответствующими выходами устройства управления и через первые конденсаторы подключенным к корпусу, кроме того, аноды первых двух pin-диодов разрядов 11,25° и 5,625° объединены и через третий конденсатор подключены к первому входу-выходу, при этом аноды вторых двух pin-диодов разрядов 11,25° и 5,625° объединены и подключены через согласующий отрезок микрополосковой линии, выполненной в виде меандра со связью, с соединенными анодами первых двух pin-диодов разрядов 11,25° и 5,625° и заземленным девятым помехоподавляющим фильтром, подключенным через четвертый конденсатор ко второму входу-выходу.

Сущностью предложенного технического решения является то, что проведенное математическое моделирование и экспериментальные исследования позволили оптимизировать размеры согласующего отрезка в виде меандра со связью и вместе с цепями управления, содержащими помехоподавляющие фильтры, увеличить рабочую полосу и уменьшить ошибки установки фазового сдвига.

Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с известными признаками позволяют успешно реализовать поставленную цель.

Pin-диодные разряды 5,625° и 11,25° совмещены, согласующий отрезок микрополосковой линии выполнен в виде меандра со связью, электрическая длина которого ~ λ/4 (при этом фактическая длина ~ λ/2), что дает согласование в более широкой полосе частот, чем выполненный в виде прямого отрезка длиной ~λ/4, а также реализацию фазовых сдвигов с точностью ±3° в полосе частот 50%.

На фиг. 1 приведена электрическая схема СВЧ-фазовращателя на микрополосковых линиях передачи дециметрового диапазона длин волн.

На фиг. 2 показан пример выполнения СВЧ-фазовращателя на микрополосковых линиях передачи дециметрового диапазона длин волн.

СВЧ-фазовращатель на микрополосковых линиях передачи дециметрового диапазона длин волн состоит из: первого контакта 1, второго контакта 2, согласующего отрезка микрополосковой линии 3, реализованного в виде меандра со связью, цепи заземления с помехоподавляющим фильтром 4, C14 - первого, второго, третьего и четвертого конденсаторов, VD1-VD4 первого, второго, третьего и четвертого - pin-диодов, ZR1-ZR9 - первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого и девятого помехоподавляющих фильтров.

Все pin-диодные разряды выполнены на pin-диодах одного типа (VD1-VD4).

Во всех цепях управления pin-диодами в качестве блокировочных и разделительных емкостей используются бескорпусные конденсаторы одного типа (C14).

Для разделения по СВЧ основного тракта с цепями управления pin-диодных разрядов 5,625° и 11,25° используются помехоподавляющие фильтры (ZR1-ZR8), а с цепью заземления (4) используется помехоподавляющий фильтр (ZR9).

Работа СВЧ-фазовращателя на микрополосковых линиях передачи дециметрового диапазона длин волн осуществляется следующим образом.

Все pin-диоды VD1-VD4, открываются отрицательным напряжением. При подаче положительного напряжения на контакты 1-2 все pin-диоды закрыты и СВЧ сигнал проходит по основному тракту (см., фиг. 2, основной тракт заштрихован). Получаем фазу 0°.

При подаче отрицательного напряжения на контакт 1 (см. фиг. 1, 2) открываются pin-диоды VD2 и VD3, и к основному тракту подключаются шлейфы, обеспечивающие задержку сигнала и получение фазы минус 5,625°.

При подаче отрицательного напряжения на контакт 2 (см. фиг. 1) открываются pin-диоды VD1 и VD4, и к основному тракту подключаются шлейфы, обеспечивающие задержку СВЧ сигнала и получение фазы минус 11,25°.

Наличие помехоподавляющих фильтров ZR1-ZR9 уменьшило влияние цепей управления и совместно с меандром со связью расширило рабочую полосу при уменьшении фазовой ошибки.

Предлагаемое техническое решение реализовано в шестиразрядном микрополосковом СВЧ фазовращателе АФАР дециметрового диапазона. Полученные результаты технического решения:

- количество разрядов 2;

- количество диодов 4;

- полоса рабочих частот, %, 50;

- средние потери, дБ, менее 0,5;

- средний ток потребления на разряд, мА, 60;

- ошибка установки фазы ±3°;

- габариты (Д×Ш×Т), мм3, (14×20×1).

Технико-экономическим достоинством предлагаемого технического решения является создание малогабаритного широкополосного микрополосного СВЧ-фазовращателя на микрополосковых линиях передачи дециметрового диапазона длин волн с разрядами 11,25° и 5,625° при малых ошибках установки фазы.

Похожие патенты RU2680859C1

название год авторы номер документа
Устройство распределения и фазирования сверхвысокочастотного сигнала 2018
  • Синани Анатолий Исакович
  • Кузьменков Виктор Михайлович
  • Мартыхина Юлия Владимировна
  • Нижегородов Владимир Максимович
  • Трусилова Ирина Владимировна
  • Трухляева Лариса Ивановна
RU2699041C1
СВЧ фазовращатель на микрополосковых линиях передачи дециметрового диапазона длин волн 2018
  • Синани Анатолий Исакович
  • Кузьменков Виктор Михайлович
  • Мартыхина Юлия Владимировна
  • Нижегородов Владимир Максимович
  • Трусилова Ирина Владимировна
  • Трухляева Лариса Ивановна
  • Харидинова Юлия Рифхатовна
RU2684442C1
Дискретный СВЧ-фазовращатель на микрополосковых линиях передачи 2020
  • Трухляева Лариса Ивановна
  • Кузьменков Виктор Михайлович
  • Оськин Александр Игоревич
RU2744053C1
СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОЕ УСТРОЙСТВО НА МИКРОПОЛОСКОВЫХ ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ 1997
  • Синани А.И.
  • Кузьменков В.М.
  • Струнский М.Г.
RU2130672C1
ВЫСОКОРАЗРЯДНЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ СВЧ 2018
  • Балыко Илья Александрович
  • Морозов Олег Александрович
  • Перегонов Сергей Александрович
  • Криворучко Виктор Иванович
RU2692480C1
МОДУЛЬ ПРИЕМНОЙ АКТИВНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ 1990
  • Соколов Е.А.
RU2010402C1
ДИОДНЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ 1989
  • Соловьев И.Е.
  • Карлин Э.В.
RU2247447C2
ДИСКРЕТНЫЙ ПЕТЛЕОБРАЗНЫЙ ДИОДНЫЙ СВЧ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ 2002
  • Ганьшин Ю.Я.
  • Кустов О.В.
RU2231175C2
МОЩНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ 2016
  • Быков Андрей Викторович
RU2629536C1
СВЧ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ НА PIN-ДИОДАХ С ФИЛЬТРУЮЩИМИ СВОЙСТВАМИ 2012
  • Мусатов Александр Валентинович
  • Осьминин Денис Владимирович
RU2504869C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 680 859 C1

Реферат патента 2019 года СВЧ-фазовращатель на микрополосковых линиях передачи дециметрового диапазона длин волн

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к фазовращателям. СВЧ-фазовращатель на микрополосковых линиях передачи дециметрового диапазона длин волн содержит два совмещенных pin-диодных разряда 11,25° и 5,625° на нагруженной линии, в каждом по два pin-диода. Катоды pin-диодов подключены к двум последовательно соединенным помехоподавляющим фильтрам, а выходы каждого разряда объединены и связаны с соответствующими выходами устройства управления и через первые конденсаторы подключены к корпусу. Аноды первых двух pin-диодов разрядов 11,25° и 5,625° объединены и через третий конденсатор подключены к первому входу-выходу, при этом аноды вторых двух pin-диодов разрядов 11,25° и 5,625° объединены и подключены через согласующий отрезок микрополосковой линии, выполненной в виде меандра со связью, с соединенными анодами первых двух pin-диодов разрядов 11,25° и 5,625° и заземленным девятым помехоподавляющим фильтром, подключенным через четвертый конденсатор ко второму входу-выходу. Технический результат – уменьшение ошибок установки фазы. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 680 859 C1

СВЧ-фазовращатель на микрополосковых линиях передачи дециметрового диапазона длин волн, содержащий два совмещенных pin-диодных разряда 11,25° и 5,625° на нагруженной линии, в каждом по два pin-диода, отличающийся тем, что катоды pin-диодов подключены к двум последовательно соединенным помехоподавляющим фильтрам, причем выходы каждого разряда объединены и связаны с соответствующими выходами устройства управления и через первые конденсаторы подключены к корпусу, кроме того, аноды первых двух pin-диодов разрядов 11,25° и 5,625° объединены и через третий конденсатор подключены к первому входу-выходу, при этом аноды вторых двух pin-диодов разрядов 11,25° и 5,625° объединены и подключены через согласующий отрезок микрополосковой линии, выполненной в виде меандра со связью, с соединенными анодами первых двух pin-диодов разрядов 11,25° и 5,625° и заземленным девятым помехоподавляющим фильтром, подключенным через четвертый конденсатор ко второму входу-выходу.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2680859C1

Francis L
Design of digital loaded-line phase-shift networks for microwave thin-film applications // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol
Устройство для электрической сигнализации 1918
  • Бенаурм В.И.
SU16A1
ВОДЯНАЯ ТУРБИНА 1922
  • Дейш А.В.
SU462A1
Способ приготовления о лифы или лаков 1926
  • Лисовский И.И.
SU8838A1
JPS 5168754 A, 14.06.1976
US 4586047 A1, 29.04.1986
СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОЕ УСТРОЙСТВО НА МИКРОПОЛОСКОВЫХ ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ 1997
  • Синани А.И.
  • Кузьменков В.М.
  • Струнский М.Г.
RU2130672C1
Машина для правки изделий 1948
  • Победин И.С.
SU74744A1
JPS 61163701 A, 24.07.1986
JPH 10163703 A, 19.06.1998
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИММОБИЛИЗОВАННОГО ФЕРМЕНТНОГО ПРЕПАРАТА НА ОСНОВЕ КОЛЛАГЕНАЗЫ, ГИАЛУРОНОВОЙ КИСЛОТЫ И ПОЛИСАХАРИДОВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ВИНИЛОВЫМИ МОНОМЕРАМИ 2020
  • Холявка Марина Геннадьевна
  • Артюхов Валерий Григорьевич
  • Беляева Татьяна Николаевна
  • Лавлинская Мария Сергеевна
  • Сорокин Андрей Викторович
  • Королева Виктория Александровна
  • Павловец Вячеслав Викторович
RU2750382C1
JPS 5929801 U, 24.02.1984.

RU 2 680 859 C1

Авторы

Синани Анатолий Исакович

Кузьменков Виктор Михайлович

Мартыхина Юлия Владимировна

Нижегородов Владимир Максимович

Трусилова Ирина Владимировна

Трухляева Лариса Ивановна

Харидинова Юлия Рифхатовна

Даты

2019-02-28Публикация

2018-03-30Подача