P6 (Исследование параметров СВЧ-устройств), страница 7

Таким образом, если к плечам 3 и 4 моста присоединить отражательные коммутационные фазовращатели (рис. 4) и синхронно управлять их фазовыми сдвигами, то будет изменяться фаза волны в плече 2, т.е. получится проходной мостовой коммутационный фазовращатель, в котором число различных значений фазы равно числу различных значений фазы отражательного фазоврашателя. Существует модификация рассмотренного волноводного проходного фазовращателя, позволяющая получить с теми же отражательными фазоврашателями удвоение числа дискретных значений фазы. Эта схема, изображенная на рис. б, состоит из волноводно-шелевого моста 1, отражательных фазовраща- 43 телей П. нв Ф дискретных значений фвзы и нерегулируемого фвзоврвщателя Ш, представляющего собой отрезок волноводв длиной — = — .

Как будет показано ниже, зта схеме пропв 2 ФЛ~ ходкого фвзовращатепя позволяет получить 2 4~ различных значений фазы с дискретом -~, где у - дискрет фвзы отражатепьных фазовращетепей. Рис. 5. Схеме коммутационного фвзоврашателя с удвоенным числом дискретных значений фазы Рис. 4. Схеме проходного мостового коммутационного фвзовращатепя на /У состояний фвэы Анелиз основных параметров проходного фазоврашвтеля с удвоением числе дискретных значений фазы К основным парвметрвм любого дискретного фазоврещателя относится число рвзпичных значений фазы н точность их установки, коэффициент полезного действия фезоврвщвтеля, коеффициент отражения от его входе, диапазоиные свойстве и т.д Дпя анализа основных парвмеиров рассмвтриввемого фазовращателя воспользуемся теорией матриц рассеяния многопоп осников ( ВЧ. Как известно, нормироввнная матрице рассеяния многопопюсника (о 1, предстввпяющего собой волноводную систему, связывеет нормированные комплексные амплитуды воин х напрнження Я;, 61 112), падающих на этот многопопюсник и отреженных от него соответственно (рис.

о). " Существуют также ненормировенные мвтрицы 112). Они выражвют зависимость между ненормироввнными падвюшими н отраженными воинами. хх Имеются также мвтрипы рассеяния по току 1121. Их применение не дает существенпь х преимушеств и сами они сравнительно редко испапьзуются при расчетах многопопюсников СВЧ. 44 и ог ' ' ое гг ''' 5г~ или кратко '(о (= [5) '(а ) .

ты матрицы рвссеяния с дву- мя оли оековыми индексами Я„о предствваяют собой комплексные коэффициенты отражения в плече с номе- ром А при условии согла- сования всех остальных его а, / < г о 1«йь — ~ а,к — ~ еис косое оои чела плеч. Рассматриваемый фазо- а врвщатель (см. рис. 8), кек уже отмечалось, представпяет собой соединение следующих многополюсников СВЧ: волноводно-щелевого Рис, 6. Схеме СВЧ-многопомосте, отрезке регулярно— люсцике го волвовода, включенного в одно из плеч моста, и отражательных фвзоврвщвтелей. Мвтрица рвссеяния идеэльного волноводно-щелевого моста, являющего восьмнполюо някооь чмеет вип | г а, В, (2) где через д обозначена 2-4 моста (см. рис.

3). Подключение отрезка ул. ской длиной,)' = — - —- он электрическая длине канина 1-3 нли регупярного волновода с электриче- к плечу 4 эквивалентно сма.ионны 4б Физический смысл ком щсксных элементов 5 матрицы ук рассеяния (5,) заключается в том, что они являются для многопопюсника коэффипиечтами передачи из плеча )г в плечо при условии согласования всех остнпьиых плеч. Эпемен- плоскости отсчета из положения ~Я в положение Я ф (см.

/ / рис. 5). Как известно, это эквивалентно преобразованию матрицы рассеяния моста по правилу где )Р ) — диагональная матрица следующего вида: о о о у у а о б д () е У (4) Поэтому матрида рассеяния моста с подключенным к плечу 4 отрезком волновода имеет вид -/е /~ , .// о ,/ 0 е"" () ;/8 Г '3=— рТ 1 у/ -/'е Подключение коммутационных отражательных фазовращателей к плечам 3 и 4 эквивалентно подключению нагрузок к этим плечам с коэффициентами отражения соответственно .г =-н,/' 3 / / =-с' )' где= где со — — дискрет фазы отражательных фазовращате- Л/ лей; //, /// — номера включенных коммутаторов соответственно в нижнем и верхнем отражательных фазовращателях (см. рис, 5). Как известно (11) подключение нагрузки с коэффициентом отражения У~ и А -му плечу многополюсника с матрицей рассеяния (5/) приводит и следующим преобразованиям этой матрицы: а) порядок матрицы понижается на еднннду за счет вычеркивания ж -й строки и /Н -го столбца; б) остающиеся элементы исходной матрицы Ю ° замени- ются новыми элементами У~у по правилу / / Ай'~Ф 'й Ю.=о" т ~.~ // у-~/ у' Применяя последовательно дввжды описанное выше правило, найдем, что матрице рассеяния проходного фвзоврвщвтели с удвоением числа дискретных значений фвзы, явлиющегося уже четырехполюсником, будет иметь внд еуи~й- 4р-у~е сее((4-г г))с-р~е -Евй -У( Ю сед~(й-~л))п-я~в - лъ((2'.-т~(п-~~6' -РВ У+2) Я-е е ,(В) где м = (и + ~ г ) = 1,2, ..., 2 Ф вЂ” номер фазового со— стояния проходного фазоврвщвтеля; )С'= — = — — дискрет Л.

М Ф 2 фазы проходного фвзоврашвтеля. Коэффициент передвчи рвссмвтриввемого фвзовращвтеля - у(~с)и+у) - ~20 Ю~,-Ю =усов ~(Й-~~)у-у~~е е (7) Коэффициент отражения в плече 1 -У(пУт21 -/2д г -/ес'~с ~(4-гл) и -т ~ Е Е (8) Определим условия, при которых сомножнтель ссе((е-вт))п~~ коэффициенте передачи 3 не будет зввнсеть от фвэового состояния ж фвэоврвщвтеля. Квк нетрудно заметить, таких условий двв: л. с ~ ) О при ж четном Р Яу Ф ~ 1 при и нечетном При выполнении данных условий уквзвыиый сомыожнтель коэффициентв передачи постояыен ссе ~(й-лг~ у-у ~ = сов (1 — ) = сапе~.

(10) 47 Прн этом, однако, модуль коэффициенте отрвжеыыя )Ю„~ юйа — Л~ отличеы от нуля т.е. фвзоврвщатель с удвоенным УГ г Э числом дискретных значений фазы не является идеально прозрвчыым и отрвжеыия ыв его входе без дополнительного упрввляемого элемента скомпенсировать ыельзя. Таким образом, условия (8) определяют факторы, при которых возможно удвоение числе различных фазовых со— стояний в рассматриввемом фазовращвтеле по сравнению с исходной моделью (см, рис.

4) при условии постоанствв амплитуды поли на выходе фазовращателя. Кроме того, (й) определяет алгоритм переключения коммутаторов в отражательных фазоврещателях. При использовании отражательных фазовращателей нв 4 положения фезы ( 4/ 4) матрице рассеяния рагсматриввемого фезоврашателя имеет вид п.~ . л- у("тт) ~г -у'(лт,) (-!) хс'л — е поз — е Р У ! -!(а,!,) су(л с ) гпз — с (-У) з~'ж — е 8 (11) ~ = ю~':т. —,= 0,383. (12) Влияние погрешностей СВЧ-элементов на харвктеристики проходного фазовращателя с удвоенным числом дискретных знвчений фазы !!рнведенные выше соотношения справедливы, когда элементы фвзоврашнтеля идеальны Нн практике же приходится иметь дело с элементвми, характеристики которых отлнчэются от идезльных.

Так, отражательные фазоврашетели, нвряду с о иибкнми уствновки фазы, облсдают потерями, свя— Как следует из матрицы рассеяния [11), фаза на выходе фазовращателя, отсчитываемая от его входа, определяется фазой коэффициента Гю , т.е. равнв (-л„ вЂ” ~ — - н — Я д ) ° л л л Однако дли удобства расчетов за фазу фазоврашателя в далью нейшем примем величину у~ -а — что эквивалентно смел ф шению начале отсчета фазы фэзовращателя на постоянную Л" л величину — — — -20. г г В табл. 2 приведен алгоритм переключечия коммутаторов, соответствующий вышеприведенному определению фазы фазовращателя уг Модуль коэффициента отражения ~5п( для рассматриваемого фазоврвшателя с у~ =— л ванными с поглощением энергии в Ф~ю — диодэх, а щелевой мост имеет конечную нвпрввленность и не делит мощность точно пополвм.

Это приводит к появлению амплитудных и фазовых ошибок в фвзовращателе, построенном на основе этих элементов. Выясним влияние рвзброса параметров СВЧ-элементов рессматриваемого фазовращателн на 8 положений фазы на его электрические хврэктеристикн. Таблица 2 Влияние ошибки установки фазы отражательных фазовращател ей Как следует из выражения (8) для матрицы рассеяния мостового фазовращателя на 8 положений фены, коэффициент передвчи от плеча 1 к плечу 2 имеет вид х Отрэженне энергии от последнего коммутаторе с номером ~п Л' 4 (от закороченного торца волноводэ) в верхнем отражательном фазоврашателе (см.

рис. 5) в силу периодичности фазы эквивалентно включению его несуществующего нулевого коммутаторе. 40 При наличии ошибки установки фазы в четырехпозиционных отражательных фазоврашателях фаза коэффициента цередачи Х, меняешься следуюшим образом: (хК.)„~).( К.,)~) Ау Г ю 2 (~~+Д)п) ()4) г1 где Л ~р и Лш — ошибки установки фазы отрежательных фазоврашателей; 1) р = — Лщ +Ду )- ошибка установки фазы мостового фазо1у врашателя. Экспериментальные исследования большой партии отражательных фазовршпотелей показали, что ошибки установки их фазы являются независимыми случайными величинами с нормальным законом распределения и с нулевыми средними значениями Яу Д ы = О.