110

где A0 – начальное ослабление при φ =0.

То обстоятельство, что ослабление, вносимое поляризационным аттенюатором, зависит только от угла поворота пластины φ , который может быть уста-

новленный довольно точно, позволяет строить на основании рассмотренного принципа прецизионные (англ. – fine) аттенюаторы. Поляризационные аттенюаторы, например сантиметрового диапазона, имеют диапазон изменения ослабления от 1 до 60 дБ при погрешности установки для малых значений ослабления, не более 0,5 дБ, КСВ не превышает 1,15.

Контрольные вопросы

1.Какой элемент СВЧ техники называется аттенюатором?

2.Какой вид имеет матрица рассеяния идеального аттенюатора?

3.Какие параметры характеризуют свойства аттенюатора?

4.Зачем нужно обеспечивать согласование аттенюатора?

5.Какие основные применения аттенюаторов?

6.Какие физические принципы положены в конструкцию аттенюаторов?

7.Какой принцип работы предельного аттенюатора?

8.Какие типичные значения параметров предельного аттенюатора?

9.Каков принцип работы аттенюатора поглощающего типа?

10.Изменяется ли фаза электромагнитной волны при прохождении через поглощающий аттенюатор?

11.Каков принцип работы поляризационного аттенюатора?

6.6. Фазовращатели

Фазовращатели (англ. – phase shifter, phaser) предназначены для плавного или дискретного изменения фазы электромагнитной волны. Фазовращатели широко применяются в разнообразных устройствах техники СВЧ: радиоприемниках, измерительных установках, антенных системах, антенных решетках для формирования требуемой диаграммы направленности, направленных ответвителях с регулируемой связью, согласующих устройствах и др.

Идеальная матрица рассеяния взаимного фазовращателя имеет вид

Различают механические и электрические фазовращатели. Работа фазовращателя базируется на изменении электрической длины отрезка линии передачи

112

волноводе, а концы пластины или скашивают, или их оснащают четвертьволновые выступами.

Поляризационный фазовращатель состоит из трех секций (рис.6.13), кото-

рые представляют собой секции дифференциального фазового сдвига (ДФС).

Секции ДФС широко применяются в технике СВЧ. Они предназначены для задержки волны одной линейной поляризации относительно волны ортогональной линейной поляризации. Наиболее простая конструкция секции ДФС имеет вид круглого волновода с диэлектрической пластиной с малыми потерями. Существуют и другие конструкции секций ДФС, например в виде квадратного волновода с металлическими ребрами.

Принцип работы секции ДФС с диэлектрической пластиной состоит в том, что волна с линейной поляризацией, параллельной пластине, получает дополнительное запаздывание на величину дифференциального фазового сдвига φ по отношению к волне с ортогональной поляризацией ϕ = (β1 −β2 )l , где l –

длина пластины; β1 и β2 – коэффициенты фазы для волн соответственно с п а-

раллельной и ортогональной поляризациями. Наиболее распространены секции ДФС с параметрами φ = 90° (90°-секция, или четвертьволновая пластина) и

φ=180° (180°-секция, или полуволновая пластина).

Вполяризационном фазовращателе (рис.6.13) крайние 90°-секции неподвижны. Плоскости их пластин параллельны между собой и повернуты на угол 45° по отношению к плоскости поляризации падающей и отраженной волн. В практических конструкциях фазовращателей эти секции имеют переходы меж-

ду прямоугольным волноводом с волной Н10 и круглым волноводом с волной Н11 (на рисунке не показаны). Средняя 180°-секция включается через дроссельные вращающиеся сочленения и может свободно вращаться вокруг оси в обе стороны.

Входная 90°-секция представляет собой поляризатор, она трансформирует линейно поляризованную волну в волну с круговой поляризацией. Роль средней 180°-секции сводится к изменению направления вращения плоскости поляризации. Потому поворот средней секции оказывается эквивалентным внесению дополнительного фазового сдвига, который равен удвоенному углу поворота 2θ . И, наконец, роль выходной 90°-секции состоит в обратном преобразовании волны с круговой поляризацией в волну с линейной поляризацией.

Фазовый сдвиг, внесенный поляризационным фазовращателем, практи-

114

наблюдается, поскольку за положительный полупериод колебаний в базе диода не успевают накапливаться свободные носители заряда. Закрытый p-i-n диод для обратного напряжения изображают, например, в виде параллельного соединения активного сопротивления R в несколько килоом и общей емкости диода C в 0,3 – 1 пФ (рис.6.15,б). В случае подачи на диод управляющего положительного смещения в 1 – 2 вольта сопротивление базы падает, поскольку база наполняется свободными носителями тока – дырками из p-области и электронами из n-области. Отрицательная полуволна СВЧ колебания не успевает вытянуть из базы диода пространственный заряд. Эквивалентная схема открытого p-i-n диода имеет вид последовательного соединения активного сопротивления r в несколько ом и небольшой индуктивности выводов L (рис.6.15,в).

Время включения p-i-n диода составляет 0,1–1 мкс, выключения – в несколько раз больше. Коммутационные p-i-n диоды позволяют управлять прохождением в тракте СВЧ импульсной мощности до 100 кВт при средней мощности до 1 кВт.

l

Рис.6.17. Фазовращатели с электрическим управлением:

а – на базе циркулятора; б – на базе моста

Примеры включения в тракт p-i-n диодов приведены на рис.6.16. На нем изображен поверхностно-ориентированный диод для полосковой линии (рис.6.16,а) и сдвоенный диод в резонансной диафрагме для размещения в прямоугольном волноводе (рис.6.16,б).

Примеры ступенчатых проходных фазовращателей с электрическим управлением приведены на рис.6.17. Они представляют собой комбинацию циркулятора (рис.6.17,а) или моста (рис.6.17,б) и короткозамкнутых отрезков волноводов, в которых размещены один или несколько p-i-n диодов. Если на диоды подано запирающее напряжение, их сопротивления довольно большие и фазовая задержка сигнала определяется геометрической длиной короткозамкнутых отрезков волноводов. В случае подачи отпирающего напряжения сопротивление диодов падает, и изменение фазовой задержки определяется геометрической длиной l отрезка волновода, который отсекает диод ( φ = 4πl / Λ ).