2.6. Фазовращатели с электронным управлением

Электрически управляемый фазовращатель представляет собой волноводный узел (двухполюсник или четырехполюсник) со средой, параметры которой можно регулировать изменением внешнего электрического или магнитного поля. В качестве таких сред в диапазоне СВЧ наиболее часто используются ферриты (изменяется магнитная проницаемость ) и полупроводники (изменяется проводимость ). Поэтому по типу среды, обеспечивающей фазовый сдвиг, фазовращатели делятся на ферритовые и полупроводниковые.

Фазовращатели с электронным управлением позволяют изменять фазу электромагнитной волны непрерывным или дискретным образом. В соответствии с этим различают непрерывные (аналоговые) и дискретные (коммутационные) фазовращатели. Кроме того, фазовращатели бывают проходного и отражательного типов. В отражательных фазовращателях выходное плечо волновода закорочено и волна дважды проходит управляемый участок, приобретая удвоенный фазовый сдвиг по сравнению с проходным фазовращателем.

2.7. Ферритовые фазовращатели

Принцип действия фазовращателей основан на изменении магнитной проницаемости участка ферритовой среды в волноводе под действием магнитного поля. Изменение магнитной проницаемости феррита приводит к изменению коэффициента фазы  и, следовательно, к изменению фазы проходящей волны.

Фазовращатели, управляемые поперечным магнитным полем, представляют собой отрезок волновода, внутри которого вдоль его оси помещена ферритовая пластина, намагниченная в поперечном направлении. Конструктивно фазовращатели могут быть выполнены на прямоугольном, коаксиальном и полосковом волноводах, могут быть проходного и отражательного типов, непрерывного и дискретного действия. В зависимости от положения ферритовой пластины относительно оси волновода фазовый сдвиг может быть обратимым или необратимым.

Рис. 2.10. Фазовращатель на Рис. 2.11. Фазовращатель с двумя прямоугольном волноводе пластинами

В соответствии с этим фазовращатели называются взаимными или невзаимными. Во взаимных фазовращателях фазовые сдвиги прямой и обратной волны одинаковы, в невзаимных – различны.

Рассмотрим принцип построения фазовращателей, использующих указанные эффекты на прямоугольном волноводе с волной Н₁₀.

Невзаимный фазовращатель. Простейшая конструкция невзаимного фазовращателя на прямоугольном волноводе представлена на рис. 2.10. По отношению к падающим и отраженным волнам

ферритовая пластина, смещенная относительно оси волновода, ведет себя, как среда с различной магнитной проницаемостью.

Разные условия распространения падающих и отраженных волн приводят к тому, что эти волны имеют различные фазовые постоянные (⁺^–). Поэтому изменение фазы волны при прохождении феррита будет различным для падающей и отраженной волн. Невзаимный (разностный) фазовый сдвиг, обусловленный разностью фаз волн, распространяющихся в противоположных направлениях, зависит от положения пластины в волноводе. Если ферритовая пластина помещена в таком сечении волновода, где имеется круговая поляризация магнитного поля проходящей волны, то взаимодействие одной из волн (падающей или отраженной) с ферритом будет наиболее интенсивно, другая же волна будет взаимодействовать с ферритом слабо. За счет этого достигаются сравнительно большие величины фазового сдвига ⁺ – ^–.

Лучшими параметрами обладают фазовращатели с двумя пластинами, расположенными симметрично относительно оси волновода и намагниченными в противоположных направлениях (рис. 2.11). В этом случае сохраняется симметрия конструкции и поля, что улучшает согласование фазовращателя с волноводным трактом.

Взаимный фазовращатель. У взаимного фазовращателя с регулируемым фазовым сдвигом ферритовая пластина помещается в центр волновода, где магнитное поле поляризовано линейно. В этом случае эквивалентная магнитная проницаемость феррита одинакова для падающих и отраженных волн. Следовательно, одинаковы и коэффициенты фазы ⁺ и ^–. Поэтому волны, проходящие через феррит в прямом и обратном направлении, приобретают одинаковый фазовый сдвиг, обусловленный изменением магнитной проницаемости феррита в зависимости от подмагничивающего поля. В заключении приведем усредненные значения параметров волноводных ферритовых фазовращателей (табл. 2.1).

Рассмотренные фазовращатели обеспечивают изменение фазы в пределах 0–360.

Достоинством ферритовых фазовращателей является высокий уровень пропускаемой мощности. Однако они имеют и существенные недостатки: нестабильность и нелинейность фазового сдвига, большую массу и габариты магнитных систем, большую величину мощности управления.

Таблица 2.1

	Значение параметра для фазовращателей
Параметры	с продольным магнитным полем	с поперечным магнитным полем
Вносимые потери, дБ	1	1
Время переключения, мс	0,1 – 1	2 – 5
Фазовая ошибка, град	10	5
Управляющая мощность, Вт	18	2
Пропускаемая мощность СВЧ:
импульсная, кВт	100	75
средняя, Вт	600	400