Фазовращатель Советский патент 1992 года по МПК H01P1/185 

Изобретение относится к регулируемым волноводным устройствам, а именно к дискретным фазовращателям с полупроводниковыми элементами, и может быть использовано в радиотехнической аппаратуре СВЧ-диапазона.

Известны конструкции волноводных секций с резонансными диафрагмами, содержащими полупроводнииовые элементы, образующие nipin-структуру. Такие секции используются в выключателях СВЧ мощности, главными характеристиками которых являются величины потерь в открытом и закрытом состояниях.

Известна конструкция фазовращателя типа нагруженной линии, содержащего отрезок прямоугольного волновода с резонансной диафрагмой. В диафрагме у одной из узких стенок волновода установлены pin-диоды, р - контакты которых соединены проводом, подключенным к цепи питания через узкую стенку волновода. Вторая стенка выполнена в виде металлического ползуна.

Развитием этой конструкции является фазовращатель с pin-диодами у одной из узких стенок волновода, в котором с целью расширения полосы рабочих частот установлена металлическая перемычка, расположенная в плоскости поперечно/о сечения, проходящей через pin-диоды. С целью перестройки фазового сдвига эта перемычка может быть выполнена подвижной. Ее перемещение приводит к изменению амплитуд волн высших типов, и следовательно, к изменению связей между контурами экеи- валентой схемы фазовращателя, что позволяет установить требуемый фазовый сдвиг. Так как эквивалетная схема - многоконтурная, фазовращатель более широкополосен, чем предыдущий.

VJ 1 СЛ VI

О

В рассмотренных pin-диодных выключателях и фазовращателях использовались диоды типа 2А505 или 2А508, образующие nipln-структуру, перемыкающую щель диафрагмы. Диоды этих типов имеют высоту 1 мм, емкость около 1 пф, и связанную с ней величину накопленного заряда около 200 нкул. Время переключения этих диодов составляет 10 мкс. Недостатком рассмотренных фазовращателей является низкое быстродействие, связанное с невозможностью использовали в них малогабаритных диодов типа 2А517 или 2А543 с малым ( 1 мкс) временем переключения ввиду мз- менения электродинамических свойств си- стемы. При креплении таких малоемкостных

диодов (Сд 0,3 пф) в прежнюю диафрагму появляется отрезок провода, перемыкающий щель, в результате чего не удается получить требуемые электродинамические характеристики: согласование в двух состояниях фазовращателя и низкую величину затухания.

Целью изобретения являлось повышение быстродействия при использовании ма- лоемкостных pin-диодов и упрощение настройки в рабочей полосе частот. Повышение быстродействия позволяет удовлетворить ряд требований к устройствам формирования и обработки сложных СВЧ сигналов, предъявляемые0 современными радиотехническими системами, значительно расширяя область применения фазовращателей.

В основе изобретения лежат следую- щие свойства предложенной конструкции. Диафрагма с диодами является резонансной системой, причем каждому состоянию диодов соответствует свой резонанс параллельного типа. Выключенным диодам соот- ветствует более низкая резонансная частота. Обе резонансные кривые пересекаются в центре рабочей полосы частот, причем углы наклона к оси частот в точке пересечения в сумме равны 180°. В предло- женной конструкции модули производных по частоте резонансных характеристик в центре рабочей полосы минимальны. Требуемая величина фазового сдвига, вносимого диафрагмой, определяется величиной ее КСВН на центральной частоте. Было.установлено, что при увеличении параметров ai или аз КСВН точки пересечения резонансных кривых возрастает, при этом точка пересечения перемещается в область высоких MdCTor. Одновременно изменяя ai и аг (увеличивая один параметр и уменьшая другой), можно сохранять точку пересечения в центре рабочей полосы управляя при этом величиной КСВН и фазового сдвига. На центральной частоте величина КСВН одинакова для сопряженных состояний диафрагмы с диодами, причем емкостное (lg 0) и индуктивность (Ig 0) состояния дают одинаковые по модулю, но противоположные по знаку фазовые сдвиги.

В отличие от прототипа pin-диоды установлены n-контактами на введенной П-об- ра зной пластине, ось которой совпадает с осью симметрии щели, а вырез обращен в сторону оси волновода.

Конструкция диафрагмы представлена на чертеже, где приняты следующие обозначения: 1 - секция прямоугольного волновода, 2 - диафрагма, 3 - pin-диоды, 4 - отрезок провода между диодами, 5 - П-об- разная пластина, 6 - вывод для подключения источника питания, 7 - металлическая перемычка. На фиг. 1 приведены также обозначения основных геометрических параметров диафрагмы.

На основе данного технического решения были разработаны дискретные диодные СВЧ фазовращатели с управляемыми фазовыми сдвигами 5,6°; 11,2°; 22,5°; 45°; -90°; 180°; работающие в диапазоне частот 9,7 - 10,7 Гц и выполненные на волноводе пониженного сечения 23 х 5. Эти фазовращатели были разработаны в двух модификациях: на диодах 2А517 и 2А543. Электродинамические характеристики обеих модификаций близки друг к другу, а времена переключения фазы составляют 0,5 мкс для диодов 2 А517 и 0,15 мкс для диодов 2А$43.

Монтаж диодов выполнен на П-образной пластине путем образования из двух pin- диодов структуры с перемычкой, от которой отходит общий вывод питания пары диодов, выходящий через узкую стенку волновода. Этот вывод не должен вносить на СВЧ дополнительную паразитную реактивность, а его СВЧ-герметизация обеспечивается симметрией по отношению к нему неоднородности.

Настройка каждого модуля на необходимую величину КСВН, Совпадающую для различных фазовых состояний на центральной частоте, осуществляется путем регулирования двух параметров ai и за. Остальные параметры фиксированы и выбраны в следующих интервалах bi 1,4 ± 0,1 мм; Ьа 0,8±0,2 мм; с 4,8±0,2 мм; h 0,7 ±0,1; 5 1,4 ± 0,6 мм; d 1 ±0,05 мм.

В качестве примера рассмотрим конструкцию 180°-го фазовращателя. Он представляет собой каскадное включение пяти коммутируемых реактивностей (модулей), разделенных отрезками прямоугольного

волновода сечением 23 х 5. длиной . Каждый модуль представляет собой диафрагму толщиной 1 мм со щелью размерами 23 х 1,5 мм , Модули выполнены в соответствии с предложенным техническим решением. Каждый из них реализует два переключаемых сопряженных фазовых состояния с одинаковым КСВН в центре рабочей полосы частот. Средний модуль фазовращателя имеет на центральной частоте КСВН 2,36 и вносимый р ± 23.8°. Ближайшие соседние модули, расположенные по обе стороны от центрального, имеют КСВН 2 и р ± 19,5°. Крайние модули фазовращателя характеризуются КСВН 1,51 и р ±11,5°.

180°-ный фазовращатель в каждом состоянии рассогласован на одном из краев 10%-ной полосы частот до уровня КСВН «1.2 - 1,3. Модуляция потерь при переключении состояний на краю полосы 1,5 дБ, в центре ±0,5 дБ. Потери в центре рабочего диапазона «И дБ. Фазовая стабильность во

всей полосе частот 180° ±12°. Фазоврзща тели на меньшие фазовые сдвиги имеют существенно меньшие потери: в центре диапазона 0,2 дБ, модуляция на краях

5 0,5 дБ.

Форму ла изобретения Фазовращатель, содержащий отрезок прямоугольного волновода с емкостной диафрагмой, поперек щели которой, включены

0 pin-диоды, р-контакты которых соединены проводом, подключенным к цепи питания через узкую стенку отрезка волновода, металлическую перемычку, расположенную в зазоре емкостной диафрагмы, отличаю5 щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия при использовании малоемкостных pin-диодов и упрощения настройки в рабочей полосе частот, pin-диоды установлены n-контактами на введенной

0 пластине с П-образным вырезом, ось которого совпадают с осью симметрии щели и обращен в сторону поперечной оси отрезка прямоугольного волновода.

Использование: изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано для дискретного изменения фазы сигнала. Сущность изобретения: в отрезке прямоугольного волновода с емкостной диафрагмой, поперек щели которой включены pin-диоды, р-контакты которых соединены проводом, подключенным к цепи питания через узкую стенку отрезка волновода, металлическую перемычку, расположенную в зазоре емкост.юй диафрагмы, для повышения быстродействия при использовании ма- лоемкостных pin-диодов и упрощения настройки в рабочей полосе частот pin-диоды установлены n-контактами на введенной пластине с П-образным вырезом, ось которого совпадает с осью симметрии щели и который обращен в сторону поперечной оси волновода. 1 ил.

07

а

А-А

7Г

d

8

В;

81

йг

Jl