Фв на трехдецибелльных мостах

ТДМ предназначен для деления входной СВЧ мощности пополам. ТДМ относятся к четырехполюсникам, следовательно, они работают в проходном режиме, т.е. через него проходит СВЧ энергия.

Рис. 4-3

Мосты называются:

Рис. 4-3 а – сонаправленными;

Рис. 4-3 б, в – противонаправленными.

Их характеризует направление выходящей мощности по отношению ко входящей (падающей).

В зависимости от схемы построения, выходные мощности сдвинуты по фазе друг относительно друга:

Рис. 4-3 а – 90⁰;

Рис. 4-3 б - 180^0;

Рис. 4-3 в – (-90⁰).

Для использования ТДБ в качестве ФВ один из его выходов используется как выход на излучатели, а к одному или двум свободным выходам подключаются коммутируемые отражательные ФВ.

В поперечном сечении ПВ устанавливается реактивный элемент, называемый диафрагмой, который служит для частичного пропускания энергии (Р’) и частичного пропускания энергии (Р”). В зависимости от воздействия на составляющие электромагнитного поля волны H₀₁, диафрагмы делятся на:

1) емкостные (воздействующие на электрическое поле);

2) индуктивные (воздействующие на магнитное поле);

3) индуктивно-емкостные или резонансные (воздействующие на магнитное и электрическое поля).

Независимо от типа диафрагмы, их воздействие возможно только на стоячую волну. Вследствие этого, толщина диафрагмы много меньше _В и обычно составляет 0,21,5 мм в зависимости от диапазона.

Переключение состояния диафрагмы в ФВ осуществляется с помощью p-i-n диодов, которые в индуктивных диафрагмах работать не могут, поэтому индуктивные диафрагмы не используются.

Для коммутации диафрагм используются два встречно включенных p-i-n диода, расположенных в максимуме электрического поля. Встречное включение диодов позволяет свести к 0 воздействие на них электрического поля волновода. При включении напряжения +5В диоды открываются, сопротивление падает до 1 Ома, диафрагма шунтируется.

При подаче (-27В) диоды запираются, сопротивление увеличивается до кОм, диафрагма открыта и часть СВЧ - мощности проходит через диафрагму. Элементы R, С и L образуют ФНЧ ограничителями тока. На ВУМ во избежание пробоя диодов может быть использовано несколько диафрагм, включенных последовательно.

Рис. 4-4

Для улучшения электрических и температурных характеристик ФВ используется схема (рис. 4-3в), где т.2 и 3 подсоединяются отражательными ФВ.

Рис. 4-4 (а)

Рис. 4-4 (б)

Рис. 4-5

Проходные фв

Проходные ФВ должны обеспечивать заданную разность фаз коэффициентов передачи в двух состояниях при условиях согласования входов \ выходов и при минимальном вносимом ослаблении мощности.

Рис. 4-6

Рис. 4-6 состоит из ПЛ l₁ и l₂ различной длины, обеспечивающих фазовые сдвиги и , согласованных изолированных входов и выходов z=1.

Схема называется на коммутированных ПЛ. При прямом включении V1 и V3 и обратном включении V2 и V4 СВЧ - мощность проходит по l₁, обеспечивая фазовый сдвиг .

При распространении СВЧ - энергии она проходит через два диода и отрезок ПЛ l₁. При этом потери происходят как в диодах, так и в ПЛ,

(4.3)

а потери в ЛП зависят от l₁. Потери в l₁ можно уменьшить, выбирая (если это конструктивно выполнимо).

Сравнивая (4.3) и (4.2) видно, что ПФВ с коммутируемой длиной отрезков в отличие от отражательных ФВ потери не зависят от фазового состояния ФВ. В таких ФВ потери всегда составляют 0,51 дБ. Из конструктивных соображений такие ФВ могут быть использованы в дециметровом и ниже диапазонах.

При малых значениях дискретов (11,25⁰) для перекрытия всего диапазона фазовых состояний необходимо 32 секции. Каждый включенный p-i-n диод вносит потери 0,51 дБ, что при оптимизации фазового состояния по потерям дает общие потери на p-i-n диодах 22,7 дБ, что соответствует потерям почти половины мощности.

Для уменьшения потерь в p-i-n диодах возможно использование бинарных ФВ с младшим разрядом:

,

где N – разрядность ФВ.

При N=6 , но число используемых секций, а следовательно и число p-i-n диодов уменьшается по сравнению с предыдущей конструкцией.

Рис. 4-7

На рис. 4-7 изображены 3 секции ФВ с младшим разрядом . Они должны обеспечивать фазовый сдвиг от 0 до 360⁰ с шагом 45⁰. Это достигается различными комбинациями включения секций. Для развязки между собой секций по постоянному току служат разделительные емкости С1…С4, имеющие реактивное сопротивление на СВЧ много меньше волнового сопротивления полосковых линий.

Особенности ПЛ:

1. Включение / выключение p-i-n диодов должно осуществляться через НЧ фильтр. Реализация ФНЧ на ПЛ осуществляется с помощью ПЛ с изменяющейся шириной полоска W. Полосок с W₁ эквивалентен емкости, W₂ – индуктивности.

2. Сам p-i-n диод относительно основного проводника включен на расстоянии /4.

При диоды открыты. При этом отрезок линии закорочен на конце.

Входное сопротивление такой линии равно бесконечности, такие линии подключаются к основному проводнику и изменений в работе основного проводника не происходит. Фазовый сдвиг на нем равен .

При p-i-n диоды имеют большое сопротивление (много больше волнового сопротивления линии ), что эквивалентно линии , разомкнутой на конце.

Входное сопротивление такой линии в т. А=0, а раз таких линий две, то вход и выход проводника в т. А равны 0, следовательно вход / выход основного проводника замкнуты, фазовый сдвиг отсутствует.

3. При использовании схемы рис. 4-7 в трехсантиметровом диапазоне при добавлении младших дискретов длины отрезков становятся физически нереализуемы, поэтому данная схема может реализоваться в дециметровом и метровом диапазонах, которые в радиолокации не используются.

4. Схему можно реализовать методами микроэлектроники, но при этом пропускаемая мощность резко падает. Микроэлектронные ФВ используются в приемо-передающих модулях активных ФАР.

При малых скважностях импульсов p-i-n диод длительное время находится во включенном состоянии, нагревается и может выйти из строя. Для отвода тепла p-i-n диоды приклеиваются к кристаллу алмаза размером 0,4 х 0,4 мм. На бинарном ФВ получить потери меньше 1 дБ принципиально невозможно.