5. Элементы тракта свч

5.1 Тройниковые делители мощности

Схема реактивного параллельного делителя мощности приведена на рис.5.1.

Все входные линии имеют одинаковые сопротивления ρ. В точке разветвления подключены четвертьволновые трансформаторы с волновыми сопротивлениямиρ₁,ρ₂,ρ₃. Такой делитель может быть согласован с одного из входов (например, со входа 1) при заданном коэффициенте деления мощностиk²между двумя другими входами:

;;(5.1)

Волновое сопротивление ρ₁ часто принимают равным ρ или выбирают из соображений максимальной широкополосности делителя.

При введении в схему сосредоточенного балластного сопротивления R_би дополнительных четвертьволновых трансформаторов (рис. 5.2) можно получить тройник, согласованный по всем входам, но обладающий потерями при питании по входам 2 и 3.

Связь между волновыми сопротивлениями определяется соотношениями:

;;;(5.2)

При выполнении делителя одно из волновых сопротивлений (обычно ρ₃ илиρ₄) приравниваютρ, а остальные находят из (5.2).

5.2 Многоканальные резонаторные делители мощности

Многоканальный делитель мощности можно построить на основе цилиндрического резонатора, по окружности которого расположены элементы связи с линиями передачи – например, волноводные линии, связанные с резонатором через щели (рис. 5.3).

Если щели являются вертикальными (параллельны образующим цилиндра), то в резонаторе должно возбуждаться колебание типаH_0n1. Связь радиуса резонатораR, его высотыLи длины волны λ дается соотношением:

, (5.3)

где А_0n –n-й корень производной функции Бесселя нулевого порядка.

Для элементов связи в виде поперечных щелей в резонаторе возбуждается колебание Е_0n0. Высота такого резонатора может быть взята произвольной, а радиус рассчитывается по формуле

, (5.4)

где В_0n –n-й корень функции Бесселя нулевого порядка.

Значение ряда корней дано в табл. 5.1.

Таблица 5.1

n	1	2	3	4
A0n B0n	3,832 2,405	7,016 5,520	10,173 8,654	13,324 11,792

5.3 Дискретные полупроводниковые фазовращатели

Управление лучом фазированной решетки осуществляется путем внесения необходимого сдвига в фазы токов элементов. В соответствии с формулой (2.1) необходимые сдвиги фаз между соседними элементами в строке и столбце определяются соотношениями:

,,

где k=2π/λ– волновое число;d_x,d_y– периоды решетки по соответствующим координатам; θ₀, φ₀– углы ориентации максимума диаграммы направленности решетки.

Плавное перемещение луча в секторе сканирования можно обеспечить используя аналоговые фазовращатели, но для управления они требуют трудно реализуемых стабильных непрерывных сигналов, отличаются низкой временной и температурной стабильностью, большой массой и габаритами.

Лучшими характеристиками обладают дискретные фазовращтели. Они управляются постоянными напряжениями не требующими высокой стабильности, позволяют выровнять потери при различных фазовых сдвигах, обеспечивают управление большими уровнями СВЧ мощности. Наибольшее применение находят схемы с использованием p-i-nдиодов, которые при подаче управляющего напряжения скачком изменяют активную составляющую полного сопротивления в широких пределах; реактивная же составляющая мала и почти не меняется. Таким образом, диоды играют роль безинерционных электронных ключей.

Имеется большое число схемных решений дискретных фазовращателей на p-i-nдиодах удобных для реализации определенных фазовых сдвигов.

Дискретные фазовращатели состоят из нескольких каскадов, каждый из которых при подаче управляющего напряжения измеряет фазу волны на величину Δψ=2π/m, гдеФазовращатели состоят из отрезков линий прередачи и электронных ключей наp-i-nдиодах. В качестве линий передачи чаще всего используются волноводные или полосковые линии. Конструкцииp-i-nдиодов могут быть различными в зависимости от схемы включения (последовательные или параллельные ключи), типа линии передачи (волноводы, симметричные или несимметричные полосковые линии). Подробные сведения о них имеются в справочниках.

К наиболее часто применяемым дискретным фазовращателям относятся:

1.Фазовращатель типа «периодически нагруженной линии».

Фазовый набег изменяется за счет включения в линию реактивности с помощью ключа. Реактивные нагрузки реализуются обычно в виде шлейфов, длина и волновое сопротивление которых выбираются из условия получения необходимой входной проводимости.

Расстояние между реактивностями, при указанном на рис. 4.4 способе включения ключей, выбирают равным l=λ_л/8, а входная проводимость шлейфов в замкнутом состоянии ключей и разомкнутом отвечала соотношениюB_{шл КЗ}=-В_{шл ХХ}.

,

где - волновое сопротивление линии шлейфа, аего длина. Величину фазового дискрета при этом можно рассчитать по формуле:

(5.5)

Подбирая и ρ/ρ_шл можно получить заданное значение.

В фазовращателях такого типа трудно получить фазовые сдвиги больше π/4 из-за возрастания КСВ.

2. Отражательные фазовращатели с развязывающими устройствами мостового типа.

Наиболее употребительными в таких фазовращателях являются квадратный мост на полосковых линиях и щелевой волноводный мост.

ХХ

ХХ

Дополнительный фазовый сдвиг между входами 1 и 2 (см. рис. 5.5) определяется соотношением:

. (5.6)

Если в этой схеме используются короткозамкнутые отрезки, то они коммутируются параллельными ключами. Соотношение для расчета дискрета фазы, при этом, остается тем же.

Фазовращатели с развязывающими устройствами мостового типа наиболее приемлемы для реализации близких к π/2.

3

l₁

.Фазовращатели с переключением каналов.

В

l₂

приведенной схеме используются последовательные ключи. Возможны схемы и с параллельными ключами.

Ф

Рис. 5.6. ФВ с переключением каналовHHhhрррр

азовый дискрет определяется соотношением:

(5.7)

Подобные фазовращатели удобнее делать для >π/2. В этом случае разность плечl₂иl₁будет удобнее реализовать.