2.2. Дискретно-коммутационные полупроводниковые фазовращатели

Такие фазовращатели позволяют устранить большинство недостатков плавных полупроводниковых фазовращателей: повысить фактор качества ( 200 град/дБ), уменьшить , выровнять потери при различных фазовых сдвигах.

По принципу действия такие фазовращатели могут быть разделены на три группы:

• с переключаемыми отрезками линий;

• отражательные, с устройствами разделения падающей и отраженной волн;

• типа периодически нагруженной линии.

2.2.1. Фазовращатели на переключаемых отрезках линий

Основной принцип работы таких переключателей заключается в том, что в линию с помощью переключательных диодов включаются отрезки с различной электрической длиной и относительный фазовый сдвиг на центральной частоте, определяется выражением:

(2.9)

где - фазовые запаздывания при прохождении фазоза-дающих участков длиной , или . Возможный вариант ячейки фазовращателя в микрополосковом исполнении показан на рисунке 2.4.

При подаче управляющего напряжения на диоды VD3 и VD4 в линию включается отрезок с фазовым запаздыванием Ф1 а при подаче управляющего напряжения на диоды VD1 и VD2 в линию включается отрезок с фазовым запаздыванием Ф2.

Рис. 2.4. Ячейка фазовращателя.

Как следует из выражения (2.9), данные фазовращатели обеспечивают линейно-изменяющийся с частотой фазовый сдвиг и, следовательно, независимую от частоты временную задержку. Поэтому такой фазовращатель является удобным для использования в широкополосных уст­ройствах с постоянной временной задержкой. Однако широкополое -ность и максимальный фазовый сдвиг ограничивается резонансными явлениями, возникающими тогда, когда длина отключаемого отрезка линии становится кратной .

При этом отключенный отрезок линии становится высокодобротным резонатором, слабо связанным с подключенным отрезком линии, за счет емкости диодных выключателей (рисунок 2.5). Вследствие этого на резонансной частоте вносимые потери возрастают.

Рис. 2.5. Эквивалентная схема ФВ на переключаемых отрезках.

Для увеличения развязки можно использовать схему, представленную на (рисунке 2.6).

Отключение одного из каналов осуществляется замыканием его входа и выхода на землю. Например, при положительной полярности управляющего напряжения, диоды VD3 и VD4- открыты. Их сопротивле­ние близко к нулю и, следовательно, входное сопротивление четверть волновых отрезков в точках А, равно бесконечности, что эквивалентно отключению фазирующего участка Ф2.

Нижние диоды (VD1 и VD2) заперты и, следовательно, не оказывают влияния на работу канала с электрической длиной Ф, (длина канала определяется длиной отрезка линии между точками А-А).

Рис. 2.6. Ячейки ФВ с увеличенной развязкой отключенного

фазозадающего отрезка.

Фазовращатели переключаемыми каналами, имеют значительные габариты. Одним из путей уменьшения габаритов фазовращателя в

этом случае является замена переключаемых отрезков линии реактив­ными П- и Т- образными четырехполюсниками с сосредоточенными элементами. На рабочей длине волны \ такие четырехполюсники при электрической длинен > Ф > 0 имеют структуру ячейки фильтров нижних частот (ФНЧ), а для 2 >Ф> - фильтров верхних частот (ФВЧ). Возможные варианты построения схемы представлены на рисунке 2.7.

Рис. 2.7. ФВ, реализуемые на ячейках ФНЧ и ФВЧ.

В схеме варианта а) (рисунок 2.7) используются два П-образных четырехполюсника. Например, при положительной полярности управляющего напряжения, диоды VD1 и VD2 открыты и в линию включена ячейка ФВЧ (L1, C2) эквивалентная отрезку линии длиной . При отрицательном потенциале в линию включена ячейка ФНЧ (C1, L2) эквивалентная отрезку линии длиной . В варианте б) (рисунок 2.7) дискрет фазы составляет . Схема работает аналогично.