Классификация фазовращателей

Особенно большую роль играют фазовращатели в фазированных антенных решетках, где применяется большое число антенных элементов, соотношение фаз между которыми должно либо сохраняться неизменным, либо в процессе работы изменяться по определенному закону.

Имеются фазовращатели различных типов: механические, полупроводниковые, ферритовые.

В механических фазовращателях для изменения фазы колебаний между двумя неподвижными сечениями линии передачи последовательно включается секция, например, «тромбонного» типа (подковообразной формы), длина которой механически изменяется с помощью скользящих контактов.

В другом варианте механического фазовращателя для волновода изменение фазы достигается, например, механическим погружением диэлектрической пластины параллельно силовым линиям электрического поля Е в прямоугольный волновод через неизлучающую щель в середине широкой стенки. Это приводит к замедлению электромагнитной волны и увеличению запаздывания на выходе фазовращателя. Недостатком механических фазовращателей является невозможность изменения фазы с большой скоростью.

В фазовращателях на полупроводниковых диодах этот недостаток отсутствует. К их достоинствам относятся малые габаритные размеры и масса, большая скорость и простота управления. Полупроводниковые фазовращатели изготавливают в волноводном, полосковом и микрополосковом исполнении.

В полупроводниковых фазовращателях СВЧ используются главным образом коммутационные p-i-n диоды. Кроме них в управляющих устройствах CBЧ применяются также коммутационные р-п диоды, в том числе и варикапы Однако p-i-n диоды по сравнению с р-п диодами позволяют пропускать значительно большие мощности СВЧ, вплоть до сотен киловатт в импульсе (или среднюю мощность в сотни ватт).

Рисунок 1 - Диод типа p-i-n и его эквивалентные схемы.

Диоды p-i-n (в отличие от диодов р-п) кроме слоев p и n содержат высокоомную область i, расположенную между слоями р и п (рисунок 1). Область i называют базой диода. Торцевые поверхности диода (диаметром около 1 мм) прилегающие к слоям р и п, металлизируют и используют в качестве выводов При отрицательном напряжении на диоде он оказывается запертым и его эквивалентная схема (рисунок 1) имеет вид большого активного сопротивления R_ (несколько килоом), шунтированного малой емкостью С диода (десятые доли пикофарады). При подаче на диод положительного управляющего напряжения (порядка 1 . 2 В) его сопротивление резко уменьшается (в сотни раз) и может быть эквивалентно представлено малым активным сопротивлением R+ (рисунок 1). Возможная схема изменения фазы высокочастотного колебания на выхода линии передачи показана на рисунок 2. Здесь в основную линию передачи с волновым сопротивлением Zв последовательно включен отрезок линии передачи с электрической длиной bl и волновым сопротивлением Zт; по концам линии включены шунтирующие проводимости G1 и G2. Подбором значений G1, G2, bl и Zт можно обеспечить требуемое изменение фазы высокочастотного колебания на выходе линии и согласование промежуточного отрезка линии с основной линией передачи.

Рисунок 2 - Схема линии передачи с проходными фазовращателями.

В качестве изменяющихся проводимостей G1 и G2 можно использовать отражательные фазовращатели. Такой фазовращатель (рисунок 3) представляет собой отрезок линии передачи, шунтированный в ряде сечений коммутационными элементами, например, в виде описанных выше p-i-n диодов. При подаче на один из диодов напряжения питания можно уменьшить его сопротивление до малой величины и замкнуть накоротко линию в данном сечении. Остальные коммутационные элементы имеют (при отсутствии питания) высокие сопротивления и не оказывают заметного влияния на линию. При переключении коммутационных элементов изменяется положение плоскости короткого замыкания в линии передачи и соответственно ее входная G1 или G2.

Рисунок 3 - Отражательный фазовращатель в виде отрезка линии передачи, шунтированного в ряде сечений коммутационными элементами.

В технике СВЧ широко применяются ферритовые фазовращатели. Феррит представляет собой химическое соединение окиси железа (Fe2O3) с окисью таких металлов, как никель, марганец и др. По своему внешнему виду ферритовые стержни напоминают керамику, а по электрическим свойствам являются полупроводниками, приближающимися к диэлектрикам. Большое удельное сопротивление ферритов (106 . 108 Ом·см), в отличие от других ферромагнитных материалов, обусловило возможность применения их в диапазоне СВЧ. Диэлектрическая проницаемость ферритов на СВЧ колеблется в пределах 5 .15, а магнитная при отсутствии подмагничивания близка к единице.

Интересное из раздела

Микроэлектроника. Новая быстро развивающаяся технология
Электроника прошла несколько этапов развития, за время которых сменилось несколько поколений элементной базы: дискретная электроника электровакуумных прибор ...

Расчет основных параметров радиоканала и радиопередающей части радиоканала
Приемопередающее устройство - это источник и приемник радиочастотных колебаний в системах радиосвязи, телевидения, радиолокации и других. Назначение приемоп ...

Проводные линии электросвязи
Проводные линии электросвязи делятся на кабельные, воздушные и оптоволоконные. Линии электросвязи возникли одновременно с появлением электрического теле ...