Фазовращатель

(5)5 Н 01 Р 1/18 И Оп ТЕЛ ЬСТВ ОМУ С К АВТ вательский ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ИЕ ИЗОБР(56) Авторское свидетельство СССР .М 368681 кл Н 01 Р 1/10, 1970.Авторское свидетельство СССРМ 995165, кл, Н 01 Р 1/185, 1980.(57) Использование: изобретение относитск технике СВЧ и может быть использовандля дискретного изменения фазы сигнала 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 полупроводниковые элементы, образующие п 1 рп-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 рп-диоды, р - контакты которых соединены про(л) ЫЛао 1 775761 А 1 Сущность изобретения; в отрезке прямоугольного волновода с емкостной диафрагмой, поперек щели которой включены рп-диоды, р-контакты которых соединены проводом, подключенным к цепи питания через узкую стенку отрезка волновода, металлическую перемычку, расположенную в зазоре емкостной диафрагмы, для повышения быстродействия при использовании малоемкостных ри-диодов и упрощения настройки в рабочей полосе частот р и-диоды установлены и-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,ания черезстенка выолзуна.и являетсяу одной изом с цельюстот устака, распоо сечения,елью переемычка можной. Ееению амповательно,ами экеичто позво"вый сдвиг,огоконтурОПОЛОСЕн. водом, подключенным к цепи пит узкую стенку волновода. Вторая полнена в виде металлического пРазвитием этой конструкци фазовращатель с ри-диодами узких стенок волновода, в котор расширения полосы рабочих ча новлена.металлическая перемыч ложенная в плоскости поперечнсг проходящей через р и-диодь. С ц стройки фазового сдвига зта пер жет быть выполнена,подви перемещение приводит к измен литуд волн высших типов, и след к изменению связей между контур валентой схемы фазовращателя, ляет установить требуемый фаэо Так как эквивалетная схема - мн ная, фазовращатель более широк чем предыдущий,1775761 10 сторону оси волновода ния фазы составлвют 0,5 мкс для диодов35 2 А 517 и 0,15 мкс для диодов 2 А 543,40 выходящий через узкую стенку волновода,Этот вывод не должен вносить на СВЧ дополнительную паразитную реактивность, а 45 5055 В рассмотренных ри-диодных выключателях и фазовращателях использовались диоды типа 2 А 505 или 2 А 508, образующие прп-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 2 А 517 или 2 Р 543 с малым ( 1 мкс) временем переключения ввидуизменения электродинамических свойств системы, При креплении таких малоемкостныхдиодов (С 90,3 пф) в прежнюю диафрагму появляется отрезок провода, перемыкающий щель, в результате чего не удается получить требуемые элктродинамические характеристики, согласование в двух состо- яниях фазовращателя и низкую величину затухания.Целью изобретения являлось повышение быстродействия при использовании малоемкостных ри-диодов .и упрощение настройки в рабочей полосе частот. Повышение быстродействия позволяет удовлетворить ряд требований к устройствам формирования и обработки сложных СВЧОсигналов, предъявляемые современными радиотехническими системами, значительно расширяя область применения фазовра,- щателей.В основе изобретения лежат следующие свойства предложенной конструкции. Диафрагма с диодами является реэонансной системой, причем каждому состоянию диодов соответствует свой резонанс параллельного типа. Выключенным диодам соответствует 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 О, В предложенной 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 а 1 или а 2 КСВН точки пересечения резонансных кривых возрастает, при этом точка пересечения перемещается в область высоких частот. Одновременно изменяя а 1 и а 2 (увеличивая один параметр и уменьшая другой), можно сохранять точку пересечения в центре рабочей полосы, управляя при этом вели 20 25 30 чиной КСВН и фазового сдвига. На центральной частоте величина КСАН одинакова для сопряженных состояний диафрагмы с диодами, причем емкостное (9 = О) и индуктивность (9 Ф О) состояния дают одинаковые по модулю, но противоположные познаку фазовые сдвиги,В отличие от прототипа ри-диоды установлены и-контактами на введенной П-образной пластине, ось которой совпадает с осью симметрии щели, а вырез обращен в Конструкция диафрагмы представлена на чертеже, где приняты следующие обозначения: 1 - секция прямоугольного волновода, 2 - диафрагма, 3 - рп-диоды, 4 - отрезок провода между диодами, 5 - П-образная 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 О; 11,2 О; 22,5 О; 45 О; 90 О;180 О; 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 2 А 517 и 2 А 543. Электродинамические характеристики обеих модификаций близки друг к другу, а временапереключеМонтаж диодов выполнен на П-образнойпластине путем образования из двух ридиодов структуры с перемычкой, от которой отходит общий вывод питания пары диодов,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 а 1 и а 2. Остальные параметры фиксированы и выбраны в следующих интервалах Ь 1- 1,4:+ 0,1 мм; Ь 2 = =0,8.ф.0,2 мм; с =4,8+ 0,2 мм; 6=0,7 +0,1; д= 1,4 + 0,6 мм; 0 = 1 .ф 0,05 мм.В качестве примера рассмотрим конструкцию 180,-го фазовращателя. Он представляет собой каскадное включение пяти коммутируемых реактивностей (модулей), разделенных отрезками прямоугольноговолновода сечением 23 х 5, длиной =4/4. Каждый модуль представляет собой диафрагму толщиной 1 мм со щелью размерами 23 х 1,5 мм, Модули выполнены в соответствии с предложенным техническим реше нием. Каждый з них реализует два переключаемых сопряженных фазовых состояния с одинаковым КСВН в центре рабочей полосы частот. Средний модуль фазовращателя имеет на центральной час тоте КСВН = 2,36 и вносимый р= + 23,8 О. Ближайшие соседние модули, расположенные по обе стороны от центрального, имеют КСВН = 2 и р =+ 19,5. Крайние модули фазовращателя характеризуются КСВН = 15 =1,51 и О= +11,5,180 О-ный фазоврэщэтель в каждом состоянии рассоглэсован на одном из краев 10 О-ной полосы частот до уровня КСВН =1.2 - 1,3. Модуляция потерь при переклю чении состояний на краю полосы -1,5 дБ, в центре +0,5 дБ. Потери в центре рабочего диапазона =1 дБ, Фазовэя стабильность во всей полосе частот 180 .12". Фазоврэщэ тели на меньшие фазовые сдвиги имеют существенно меньшие потери: в центре диапазона 0,2 дБ, модуляция на краях 0,5 дБ.Формула изобретения Фазовращатель, содержащий отрезок прямоугольного волноводэ с емкостной диафрагмой, поперек щели которой, включены р 1 п-диоды. р-конакты которых соединены проводом, подключенным к цепи питания через узкую стенку отрезка волновода,металлическую перемычку, расположенную в зазоре емкостной диафрагмы, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия при использовании малоемкостных реп-диодов и упрощения настройки в рабочей полосе частот, реп-диоды установлены и-контактами на введенной пластине с П-образным вырезом, ось которого совпадают с осью симметрии щели и обращен в сторону поперечной оси отрезка прямоугольного волновода.