4. Фазовращатели фар

Назначение

За счет изменения параметров ЛП осуществить фазовые сдвиги. Это необходимо для управления не только положением луча ФАР, но также шириной ДН и уровнем боковых лепестков.

ФВ включают между делителем мощности и излучателями.

В зависимости от требований по управлению лучом ФАР ФВ могут быть с непрерывным или дискретным изменением фазы.

На низких уровнях мощности для непрерывного изменения фазы используются ферритовые фазовращатели.

Принцип действия

За счет изменения величины постоянного тока, пронизывающего феррит, изменяются μ_r+ и μ_r- (μ_r+ - относительная магнитная проницаемость феррита для волны правого вращения; μ_r- - относительная магнитная проницаемость феррита для волны левого вращения). В результате взаимодействия полей результирующая плотность поляризации поворачивается на угол, величина которого зависит от величины подмагничивающего поля). Недостаток – из-за реактивности время переключения составляет порядка мс.

На высоком уровне мощности (ВУМ), как правило, используются дискретные ФВ. Разрядность ФВ показывает минимальный угол, на который сдвигается фаза. Основой работы дискретного ФВ являются p-i-n диоды.

Отличительной особенностью структуры p-i-n диода является наличие толстого проводящего высоколегированного слоя. Это приводит к тому, что время переключения p-i-n диода составляет нс. На это время переключения p-i-n диода составляет нс. На это время переключения оказывают влияние реактивности выводов.

Если исключить резонансные явления, p-i-n, диод эквивалентен резистору.

Как у всякого диода, существуют прямое и обратное сопротивления. Прямое сопротивление составляет не более 2 Ом (r≤2 Ом), обратное R≥1000 Ом.

p-i-n диоды характеризуются качеством диода, отношением обратного сопротивления к прямому.

К≥500.

Расчетная величина качества является 1000.

В ЛП p-i-n диоды могут подключаться параллельно или последовательно. При этом прямое ил обратное сопротивления образуют короткозамкнутые или разомкнутые линии, фазовый сдвиг в которых зависит от длины линии. Управляющими напряжениями p-i-n диода являются +5В и -27В, при этом ток через диод составляет 50-150 мА, что делает его неприменимым в режиме постоянного включения (перегрев).

В ФВ p-i-n диоды работают только в импульсном режиме.

При использовании p-i-n диодов фазовый сдвиг зависит от длины линии, что позволяет строить схемы ФВ на коммутируемых отрезках ЛП. По принципу действия ФВ делятся на отражательные и проходящие.

Независимо от принципа построения ФВ должны удовлетворять требованиям:

1. разность фаз входных коэффициентов отражения в двух состояниях диода должна быть равна заданному дискрету фазы:

2. Модули коэффициентов отражения в двух составляющих диодов должны быть равны между собой и как можно меньше отличаться от 1. (оптимизация по потерям).

3. Омические потери оцениваются вносимым ослаблением p-i-n диода.

(4.1)

(величина фазового сдвига на отрезке ЛП)

Рис. 4-1

При данной схеме включения ФВ, т.к. это образуется тройник в ЛП, коэффициент отражения резко возрастает, и ее использовать нецелесообразно. Построить схему отражательного ФВ можно с использованием развязывающего устройства, которым является фазовый циркулятор на поперечно намагниченном феррите.

Рис. 4-2

На схеме рис. 4-2 фазовый сдвиг на выходе зависит от включенного диода. Для схемы рис. 4-1 потери составляют:

(4.2)

Из (4.2) следует, что потери зависят не только от качества диода, но и от фазового состояния. Максимальные потери будут при :

L=0,05 дБ;

L=0,1 дБ;

L=21 дБ;

L=37 дБ.

При включении всех диодов суммарные потери в них составляют 1,24 дБ, а потери мощности 25⁰.

Если выполнить ФВ по схеме с одинаковыми фазовыми сдвигами с ценой младшего разряда 11,25⁰, потребуется 32 одинаковые секции. Каждая секция даст потери 0,05 дБ, а все – 1,6 дБ, что соответствует потери мощности 31%.

В схеме рис. 4-2 фазовый циркулятор дает дополнительные потери 0,5 дБ, что при большом количестве ФВ недопустимо, поэтому в качестве развязывающего устройства может быть использован трехдецибелльный мост.