2.2.2. Отражательные фазовращатели с устройствами разделения падающей и отраженной волн

Эквивалентные схемы таких фазовращателей представлены на рисунке 2.8.

В качестве устройства разделения падающей и отраженной волн используются либо взаимные многополюсники (рисунок 2.8, а), либо невзаимные (циркуляторы) рисунок 2.8, б. При этом энергия, отраженная от диодов, полностью попадает в выходное плечо многополюсника. Собственно, фазовый сдвиг (дискрет фазы) на выходе таких фазовращателей образуется за счет изменения фазы коэффициента отражения при переключении диодов в соответствующих отрезках линии.

В простейшем случае, когда сопротивление диода может принимать лишь два значения; близкое к сопротивлению, обеспечивающему режим короткого замыкания, в месте установки диода, (при этом сигнал отражается от диода), и близкое к сопротивлению, обеспечивающему режим холостого хода, при этом отражение происходит от короткозамкнутого конца линии, в которую включен диод, дискрет фазы

, (2.10)

где Ф1 - электрическая длина линии от места включения диода до корот­козамкнутого конца линии.

Рис. 2.8. Эквивалентные схемы отражательных фазовращателей.

Но при этом способе трудно добиться одинаковых вносимых потерь в обоих фазовых состояниях. Для уравнивания потерь в обоих фазовых состояниях и расширения рабочей полосы частот в линию, соединяю­щую диод и разделительное устройство, включается шлейф.

В этом случае требуемое значение коэффициентов отражения определяется местом включения шлейфа, его длиной и волновым сопротивлением.

Дискрет фазы определяется выражением:

, (2.11)

где Г1 и Г2 - коэффициенты отражения от шлейфа в точках А и В, при соответствующих состояниях управляемых элементов.

Схема электрическая принципиальная дискретного проходного фазовращателя представляет собой восьмиполюсник, два плеча которого используются как вход (плечо 1) и выход (плечо 2), а два плеча (3 и 4) нагружены идентичными отражающими ячейками. Выходной сигнал подается в плечо 1 и делится на два сигнала равной амплитуды, поступающих в плечи 3 и 4. Фазы этих сигналов отличаются на 90°. Фазы отраженных в плечах 3 и 4 сигналов, определяются входным сопротивлением отражателей и, следовательно, наличием или отсутствием положительного смещения на p-i-n диодах. Отраженные сигналы складываются синфазно в плече 2 и поступают в нагрузку. Согласование по входу такого фазовращателя в полосе частот определяется, главным образом, частотными свойствами моста и идентичностью коэффициента отражения ячеек. В качестве разделительного устройства применяются: шлейфный мост, кольцевой мост и ответвитель с электромагнитной связью, например, тандемный 3 дБ ответвитель.

Один из вариантов построения такого фазовращателя представлен на рисунке 2.9.

Рис. 2.9. Отражательный фазовращатель

Если предположить, что реактивные параметры диода Сд = 0 и ZД =О, то отражающие секцию, можно представить в виде двух подключаемых резисторов: rпр- активное сопротивление открытого диода и , закрытого ( - качество диода) (рисунок 2.10).

Характеристическое сопротивление Z1 отрезка можно найти из следующих рассуждений. Из теории длин­ных линий, известно, что при выборе rПР<Z1 и R > Z1 фазы коэффици­ентов отражения можно найти из выражений:

И (2.12)

Фазы в сечении а-а отличаются на п. Для исключения паразитной ам­плитудной модуляции при переключении диода требуется равенство модулей Г1 и Г2, т.е. необходимо

или имеем, .

Поскольку 1 Ом, а К= 100 ... 2000, то в зависимости от типа диода Z1, может принимать значения от 10 до 45 Ом. Таким образом, для цепи согласования плеч 3 и 4 моста с отрезком линии, может быть необходим четвертьволновый согласующий трансформатор с волновым сопротивлением

, (2.13)

где Z3(4) - волновое сопротивление плеч моста, исходя из которого он рассчитан.

Дальнейшая детализация схемы (рисунок 2.13) связана с необходимо­стью учета реактивных параметров диода. Из теории длинных линий известно, что подключение к ее разомкнутому концу (диод выключен) конденсатора в виде емкости диода (от 0,2 до 0,5 пФ), эквивалентно удлинению линии на величину

, (2.14)

Погрешность дискрета фазы при этом составит

(2.15)

Например, дли f0=1,8 ГГц, Сд =0,63пФ. Z1 = 45 Om,

.

Включение на конце линии индуктивности вывода диода (диод вклю­чен) эквивалентно включению отрезка короткозамкнутой линии длиной:

. (2.16)

Погрешность дискрета фазы при этом можно оценить из выражения

. (2.17)

Для исключения или уменьшения погрешности дискрета фазы, необходимо применить согласующие цепи, содержащие компенсирующие реактивные элементы. Эквивалентная схема отражающей секции в этом случае будет выглядеть следующим образом (рисунок 2.10).

Рис. 2.10. Эквивалентная схема отражательной секции

с согласующим четырех­полюсником.

Реактивные параметры диода Сд и Lд включены в реактивные параметры L и С согласующего четырехполюсника:

L = Lд+Ln, C = Cд+Cn,

где Ln,Cn - необходимые значения подстроечных элементов.