Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Одним из простейших является проходной днодный фазовращатель на переключаемых отрезках линии передачи (рнс. 6.12, а). Изменение фазы коэффициента передачи на Ь~р=р(!т — 1,) происходит в результате изменения пути прохождения колебаний — по отрезку !э нлн по отрезку !ь — осуществляемого диоднымн выключателями. Аналнз показывает, что вносимое ослабление в таком фазовраща- теле при использовании диодов с параметром качества К>100 мало зависит от величины Ьчр, примерно одинаково в каждом фазовом состоании и опРеделЯетсЯ выРажением 1.=1В)йвг)аж1+4/)' А', т. е.
соответствует максимальному значению ослабления, даваемого формулой (6.2). Поэтому проходные фазовращатели на переключаемых отрезках линии передачи невыгодны при малых фазовых Вг сдвигах. Наиболее распространенными в трактах СВЧ являются проходВгау Внгеу ные фазовращатели мостового типа. Онн образуются включением двух идентичных отражательных фазовращателей на коммутационных диодах во взаимно развязанные выходы моста СВЧ (см. рис. гчй 4.20, а). Принцип работы мостоа1 вых фазовращателей был рассмотрен в $ 4.8 (см. пример 3). Вв у„' у' Видай Рабочие характеристики (фазога=1 'М У" га У„~М гг=г вые сдвиги и вн„иные о „абле.
ния) определяются соответственВг но изменениями фаз коэффнциенВ1 тов отражения применяемых отражательных фазовращателей п модулями их коэффициентов отражения. При использовании оптимизированных двухступенчатых отражательных фазовращателей вносимое ослабление мостового фазовращателя определяется формулой (6.2).
Неидентичность р-1-п-диодов и неидеальность характеристик моста нарушаютсогласование мостового фазовращателя и приводят к добавочному ослаблению и фаэовым ошибкам. Проходной гйазовращатель в виде нагруженной линии передачи (рис. 6.12, б). Основными параметрами этой компактной схемы являются шунтнруюшие проводимости отражательных фазоврашателей (ОФВ) в двух состояниях (у', уп) ж)(Ь', Ьи), а также электрическая длина р1 и волновое сопротивление отрезка линии передачи между ними. Подбор этих параметров производится по условиям согласования входа фазоврашателя в двух состояниях при обеспечении требуемого скачка фазы коэффициента передачи Лф.
Практически интересен «симметричный» случай Ь'= — Ь", когда обеспечиваются почти одинаковые полосы пропускания в двух состояниях и наилучшая широкополосность. Номиналы элементов схемы определяются по формулам Вга Рнс. 6.12. Двухаоанцнонные проходные фааоврангауедн: л — иа переключаемых ечрелиал липин передачи; б — а аиде иагружениаа линии передачи Вносимое ослабление, возникающее из-за конечного качества коммутационных диодов, ~=1+ — '~1д — "~ имеет более резкую зависимость от фазового сдвига по сравнению с формулой (6.2) (здесь в формуле для ь вместо синуса присутствует тангенс).
Поэтому проходные фазовращатели в виде нагруженной линии передачи невыгодно применять при больших фазо. вых сдвигах: Л~р>п/2. )12',1баиад Га Рнс. 6.13. Рисунок мнкрополосковоЯ платы трехразрндного бннарного фазоврапгатела СВЧ на р Ьл-днодак (Са — блокнровочнан ем- касгь) Многоступенчатвге проходнвге гразовращатели. Существуют различные способы их выполнения. В фазоврашателях мостового типа число фазовых состояний можно увеличить, применяя многопозициоиные отражательные фаэовращатели (см.
Рис. 6.11, а). Фазовращатель на переключаемых отрезках линии передачи может сбдержать не два, а большее число переключаемых отрезков. Многопозицнонный проходной фазовращатель чаще всего выполняют в виде каскадной цепочки двухпозиционных фазовращателей. Если каскады одинаковы и их число равно числу требуемых состояний фазы, то схема неоптимальна по суммарному вносимому ослаблению, но ее достоинство в том, что мощность потерь распределяется поровну между диодами и фазовращатель пропускает увеличенную мощность.
Более экономный по числу диодов многопозиционный фазовращатель выполняется по бинарному принципу в виде каскадного соединения р проходных секций, первая из которых дает дискрет фазы и, вторая и/2, третья и/4 и т. д. Общее число фазовых состояний получается равным 2г, что обеспечивает перекрытие фазы 0 — 2п с дискретом, определяемым секцией, дающей наименьший фазовый сдвиг.
Бинарный проходной фазовращатель при оптимизации дает минимальное вносимое ослабление, но диоды в нем работают в неравных условиях, что снижает допустимую пропускаемую мощность. Бинарный фазовращатель может состоять из разнотипных двухпозиционных секций. Секция с фазовым сдвигом и или зз/2 обычно выполняется по мостовой схеме (для уменьшения вносимого ослабления), а секции с малыми фазовыми сцвнгами— в виде более простых фазовращателей в виде нагруженной линии передачи.
Рисунок микрополосковой платы трехразрядного проходного фазовращателя показан на рис. 6.13. Эта конструкция является примером гибридной интегральной микросхемы СВЧ. Характерным свойством гибридных микросхем является наличие навесных элементов †диод, блокировочных емкостей и др. Проходной фазовращатель по схеме рнс. 6.13 обеспечивает точность установки фазовых сдвигов 5 — 8' и полосе частот 5 — 10% при вносимом ослаблении 1,0 — 1,5 дБ и входном КСВ не выше 1,3.
й Ь7. ФЕРРИТОВЫЕ УСТРОЙСТВА СВЧ Феррит — магнитодиэлектрический материал (з,=5 — 16, 1пб= = 10-з —:10-з) с кристаллической структурой, обладающий гиромагнитными свойствами, обусловленными особым поведением электронов в атомах кристаллической решетки. Различают три разновидности кристаллических структур ферритов: структуру шпинели с формулой МецО РезОз, где Мен — ион двухвалентного металла (%, Мп, Сп, Со, Ми и др.), структуру граната (ЗУзОз 5ГезОз— железоиттриевый гранат) и гексагональирю структуру.
Ферриты могут быть поликристаллическими и монокристаллическими. Производство поликристаллических ферритов осуществляют по технологии, характерной для керамики: смесь оксидов с пластнфнкатором формуют в полуфабрикаты, которые затем обжигают при температуре 1000 — 1400'С. Ферритовые монокристаллы выращивают по технологии, сходной с технологией изготовления полупроводниковых материалов. Наиболее часто применяются образцы ферритов в форме стержней круглой или прямоугольной формы, пластинок и дисков, а также отполированных сфер небольшого диаметра (около 1 мм) из монокристаллов.
В ферритовых устройствах СВЧ используются гиромагнитные свойства, проявляющиеся прн одновременном воздействии на ферритовый образец постоянного и высокочастотного магнитных полей. При таком воздействии связь высокочастотных векторов напряженности магнитного поля Н, н магнитной индукции В„ приобретает сложный характер, описываемый тензором магнитной проницаемо- сти (1а). Если ориентировать постоянное подмагничивающее поле Нв вдоль оси я декартовой системы координат, эта связь принимает вид 0 0 Компоненты тензора 1ь=1т'+1Р." и й=й'+)я" являются комплекснымн величинами, н нх зависимости от напряженности подмаг- Ф+,Ф- ттт ~~ Н Ъ 'гт П а1 Рнс. 6Л4. Завнснмость параметров феррнта от поля подматннчнвання: о — компонентов теплоре (НП б — проппцеемостей р+ н Н алп полей вращаю- щейск полпрппацпн ничнвающего поля (или от частоты гиромагнитного резонанса Я имеют резонансный характер (рис.
6.14, а). Частота ~в носит название ларморовой частоты н определяется известным соотношением )о — — уНо, где у=3,5 10- — — гиромагнитное отношение элекМГп А/м трона, т. е. отношение его магнитного и механического моментов. Остроту резонанса принято характеризовать шириной линни гиромагнитного резонанса ЬН, представляющей ширину кривой 1ьм(Но) по уровню 0,5 от максимального значения.
В зависимости от марки феррита ЛН может изменяться в широких пределах. Вследствие тензорного характера магнитной проницаемости безграничная ферритовая среда оказывает различное воздействие на электромагнитные волны правой и левой круговой поляризации, распространяющиеся вдоль направления подмагничивающего поля. Как известно из электродинамики, для каждой из этих воли феррит ведет себя как изотропная среда, магнитная проницаемость которой зависит от направления вращения вектора поляризации волны. Для правополяризованной волны (вектор Н„, вращается по часовой стрелке для наблюдателя, смотрящего по полю Нь) магнитная проницаемость р+=и'++(и"+ имеет резонансный характер и мнимая составляющая и +, учитывающая потери в феррите, максимальна при резонансе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
