2.4. Фазовращатели на ферритах и полупроводниковых диодах

Рис. 2.6 Фазовращатель

Устройства, с помощью которых можно регулировать фазу проходящей электромагнитной волны, называются фазовращателями (рис. 2.6).

Они находят широкое применение в технике СВЧ и антенной технике и выполняют различные функции. Это, например, плавное или дискретное изменение фазы колебаний в одном сечении линии передачи относительно фазы колебаний в другом сечении этой же линии или изменение фазы колебаний в одном канале линии передачи по отношению к фазе колебаний в другом канале. Фазовращатели также находят применение: для создания сдвига фаз волн разных типов, разных поляризаций; для создания волн, распространяющихся в противоположных направлениях; для поддержания разности фаз при изменении внешних условий и т.д.

Появление фазовращателей с высоким быстродействием сделало возможным создание нового класса антенн – фазированных антенных решеток (ФАР).

П ринцип работы фазовращателей основан:

• на изменении волновой длины отрезка линии передачи

где l – геометрическая длина отрезка; _в – длина волны поля в этом отрезке;

• на включении в линию передачи сосредоточенной реактивности (в общем случае регулируемой).

Применительно к волноводам предыдущее выражение имеет вид

_{, (2.1)}

где ₀ – длина волны в свободном пространстве;  – длина волны в неограниченной среде, имеющей такие же параметры , , что и среда, заполняющая волновод.

Как видно, при неизменной длине волны генератора (₀ = const) изменение фазы колебаний в одном сечении линии передачи относительно фазы в другом сечении этой же линии обеспечивается изменением ее геометрической длины l либо критической длины _кр за счет изменения размеров поперечного сечения, а также изменением значения  и  при введении в волновод диэлектрической или магнитодиэлектрической пластины. Фазовращатели, основанные на механическом изменении своих параметров, называются механическими. Управление фазой можно осуществлять также путем изменения эффективных значений , , , имеющихся внутри волновода сред, параметры которых зависят от величины и направления приложенных внешних управляющих полей или токов. Фазовращатели, использующие управление такого типа, называются электрически (или электронно) управляемыми.

Рассмотрим отдельные конструкции механически и электрически управляемых фазовращателей.

2.5. Механические фазовращатели

Простейшим механическим фазовращателем является фазовращатель тромбонного типа – отрезок волновода с регулируемой длиной (рис. 2.7). Изменение фазы проходящей волны достигается за счет перемещения подвижной секции. При перемещении подвижной секции на величину l длина волновода увеличивается на 2l и фазовый сдвиг 2l.

Рис. 2.7. Фазовращатель Рис. 2.8. Фазовращатель на основе

тромбонного типа волноводно-щелевого моста

Рис. 2.9. Фазовращатель на основе с

диэлектрической пластиной

Тот же принцип используется в фазовращателе, в основу которого положен волноводно-щелевой мост (рис. 2.8). В этом фазовращателе фаза изменяется при распространении электромагнитной волны к

поршню и от него и на выходе фазовый сдвиг определяется удвоенным расстоянием, на которое перемещены поршни.

Часто на практике применяются фазовращатели, у которых изменение фазы колебаний достигается перемещением диэлектрической пластины в поперечном направлении прямоугольного волновода с волной Н₁₀ (рис. 2.9). Когда пластина находится у боковой стенки волновода, она практически не влияет на распространение электромагнитной волны в волноводе. Введение диэлектрической пластины в волновод эквивалентно заполнению его сплошной средой с некоторой эффективной диэлектрической проницаемостью _эфф> 1. Изменения положения пластины в волноводе приводит к изменению волновой длины и, следовательно, к плавному изменению фазы проходящей волны. Для улучшения согласования длина пластины выбирается примерно кратной целому числу полуволн, а края ее заостряются.

Механические фазовращатели имеют большую точность установки фазы, малую зависимость от внешних условий, но скорость изменения фазы низка.