Дискретные полупроводниковые фазовращатели

Управление лучом фазированной решетки осуществляется путем внесения необходимого сдвига в фазы токов элементов. В соответствии с формулой (2.1) необходимые сдвиги фаз между соседними элементами в строке и столбце определяются соотношениями:

, ,

где k=2π /λ – волновое число; d_x, d_y – периоды решетки по соответствующим координатам; θ ₀, φ ₀ – углы ориентации максимума диаграммы направленности решетки.

Плавное перемещение луча в секторе сканирования можно обеспечить используя аналоговые фазовращатели, но для управления они требуют трудно реализуемых стабильных непрерывных сигналов, отличаются низкой временной и температурной стабильностью, большой массой и габаритами.

Лучшими характеристиками обладают дискретные фазовращтели. Они управляются постоянными напряжениями не требующими высокой стабильности, позволяют выровнять потери при различных фазовых сдвигах, обеспечивают управление большими уровнями СВЧ мощности. Наибольшее применение находят схемы с использованием p-i-n диодов, которые при подаче управляющего напряжения скачком изменяют активную составляющую полного сопротивления в широких пределах; реактивная же составляющая мала и почти не меняется. Таким образом, диоды играют роль безинерционных электронных ключей.

Имеется большое число схемных решений дискретных фазовращателей на p-i-n диодах удобных для реализации определенных фазовых сдвигов.

Дискретные фазовращатели состоят из нескольких каскадов, каждый из которых при подаче управляющего напряжения измеряет фазу волны на величину Δ ψ =2π /m, где Фазовращатели состоят из отрезков линий прередачи и электронных ключей на p-i-n диодах. В качестве линий передачи чаще всего используются волноводные или полосковые линии. Конструкции p-i-n диодов могут быть различными в зависимости от схемы включения (последовательные или параллельные ключи), типа линии передачи (волноводы, симметричные или несимметричные полосковые линии). Подробные сведения о них имеются в справочниках.

К наиболее часто применяемым дискретным фазовращателям относятся:

1. Фазовращатель типа «периодически нагруженной линии».

Фазовый набег изменяется за счет включения в линию реактивности с помощью ключа. Реактивные нагрузки реализуются обычно в виде шлейфов, длина и волновое сопротивление которых выбираются из условия получения необходимой входной проводимости.

Расстояние между реактивностями, при указанном на рис. 4.4 способе включения ключей, выбирают равным l =λ _л/8, а входная проводимость шлейфов в замкнутом состоянии ключей и разомкнутом отвечала соотношению B_{шл КЗ}=-В_{шл ХХ}.

,

где - волновое сопротивление линии шлейфа, а его длина. Величину фазового дискрета при этом можно рассчитать по формуле:

(5.5)

Подбирая и ρ /ρ _шл можно получить заданное значение .

В фазовращателях такого типа трудно получить фазовые сдвиги больше π /4 из-за возрастания КСВ.

2. Отражательные фазовращатели с развязывающими устройствами мостового типа.

Наиболее употребительными в таких фазовращателях являются квадратный мост на полосковых линиях и щелевой волноводный мост.

Дополнительный фазовый сдвиг между входами 1 и 2 (см. рис. 5.5) определяется соотношением:

. (5.6)

Если в этой схеме используются короткозамкнутые отрезки, то они коммутируются параллельными ключами. Соотношение для расчета дискрета фазы, при этом, остается тем же.

Фазовращатели с развязывающими устройствами мостового типа наиболее приемлемы для реализации близких к π /2.

(5.7)

Подобные фазовращатели удобнее делать для > π /2. В этом случае разность плеч l ₂ и l ₁ будет удобнее реализовать.

Варианты заданий и методические указания.

Задания сгруппированы по 3 разделам, соответствующих типам антенных устройств. Номер варианта для студента определяется двумя последними цифрами номера зачетной книжки. В методических указаниях даны пояснения к выполнению отдельных пунктов работы.