ШИРОКОПОЛОСНЫЕ ВЫСОКОТОЧНЫЕ ДИСКРЕТНЫЕ ФАЗОВРАЩАТЕЛИ

У. А. Абдулаева

 

Рассмотрены принципы построения широкополосных высокоточных многодискретных фазовращателей.

Приведены результаты экспериментальных исследований.

 

Широкополосные многодискретные фазовращатели  СВЧ (МДФ) нашли широкое применение в контрольно-проверочной аппаратуре для проверки бортового и наземного оборудования различных систем, в фазированных антенных решетках,  измерительных приборах и т.д.

Основными требованиями, предъявляемыми к фазовращателям, являются: постоянный фазовый сдвиг, равенство прямых потерь  во всех фазовых состояниях фазовращателя и коэффициентов отражения в полосе частот и так далее.  На сегодняшний день можно выделить два подхода к проектированию СВЧ устройств. Первый подход основан на плоскостных (планарных) интегральных схемах. Второй подход основан на использовании комбинации различных полосково- щелевых линий передачи (симметричная и несимметричная щелевые , несимметричная полосковая, компланарная и другие линии передачив одном базовом элементе или функциональном узле, т.е. использование трехмерной топологии- переход к объемным интегральным схемам СВЧ.

Второй подход позволяет существенно увеличить число схемных решений устройств и вариантов их конструктивного воплощения. Использование этого подхода позволяет разработать широкополосные и малогабаритные управляющие устройства СВЧ и их базовые элементы.

Одним из основных параметров, характеризующих МДФ, являются максимальный фазовый сдвиг и минимальный дискрет. На практике максимальный фазовый сдвиг равен 360 град., а дискрет вносимого фазового сдвига около 1 град.

Обеспечение этих параметров в широкой полосе частот является проблемой [1,2].

Целью статьи является рассмотрение принципов построения широкополосных высокоточных многодискретных фазовращателей.

В [1,2] рассмотрен один подход при построении МДФ: формирование требуемых фазовых сдвигов непосредственно на несущей частоте. Недостатком этого подхода является трудность обеспечения в широкой полосе (более 100%) фазовые сдвиги до 360 град. с дискретом около 1 град.

Нами предлагается следующий подход построения МДФ: формирование требуемых фазовых сдвигов на одном низкочастотном сигнале с последующим преобразованием в рабочий диапазон частот.

При этом подходе частота сигнала, на котором осуществляется формирование фазовых сигналов, необходимо выбрать относительно низкой и удобной для реализации устройств, формирующих фазовые сдвиги. Это позволит  выполнить более просто предъявляемые к ним требования по точностным характеристикам.

Предлагаем реализовать предложенный подход  при построении МДФ на базе однополосного модулятора (ОМ) (рис.1).

Рис.1. Структурная схема МДФ.

Основным требованием к ОМ является подавление несущей частоты  и одной из боковых гармоник до определенного значения, которая не будет влиять на фазовые сдвиги оставшейся боковой гармоники.

Нами экспериментально проверен предложенный подход построения МДФ на базе ОМ, построенного по фазокомпенсационному способу.   На рис. 2 приведена структурная схема ОМ.

Рис.2. Структурная схема модулятора.

Принцип работы ОМ заключен в следующем: ВЧ сигнал, поступивший на вход, разветвляется и симметрируется в синфазном делителе Д и амплитудоравные сигналы, проходя через фазовращатели ФВ1 и ФВ2, приобретают постоянный фазовый сдвиг, равный 90° .  В балансных модуляторах БМ1 и БМ2 высокочастотные сигналы модулируются НЧ сигналом. Далее сигналы с балансных модуляторов суммируются в сумматоре С, причем компоненты несущей частоты практически отсутствуют ( подавленный в БМ1 и БМ2 ), а составляющие верхней боковой частоты, в силу приобретенных  фазовых соотношений на выход не попадают. В модуляторе формируются однополосный сигнал разностной частоты. Частота модулирующего сигнала составляет 5 кГц, полоса частот ВЧ сигнала – 100-400 МГц .  Фаза модулированного сигнала меняется с дискретом 1,40625°  от  0° до  360° .

 

Результаты экспериментальных исследований приведены в таблице

 

Таблица

Фаза  модулирующего сигнала, град .                   Фаза выходного ВЧ сигнала, град.
                       Частота ВЧ сигнала, МГц
 f = 5 кГц 100,005 200,005 300,005 400,005
1,40625

2,8125

5,625

11,25

25,5

45

90

180

360

1,406

2,813

5,630

11,23

22,6

45,4

90,1

180,2

360,2

1,408

2,816

5,632

11,3

22,9

45,46

90,5

180,2

360,8

1,411

2,817

5,634

11,34

22,95

45,6

90,9

180,6

360,9

1,416

2,89

5,639

11,39

23,00

45,7

90,60

180,75

360,25

 

Однополосная модуляция позволяет подавить несущую и одну боковую гармонику до уровня 28 дБ. Экспериментальные исследования  подтверждают возможность создания широкополосных дискретных фазовращателей с фазовой ошибкой не более 1° на базе описанного ОМ.

Необходимо отметить, что подавление несущей частоты и второй боковой гармоники разработанного образца однополосного модулятора составили 29 дБ в полосе частот. Для создания высокоточных фазовращателей на основе предложенного принципа, работающих более двухоктавной полосе частот, возникает проблема обеспечения подавления гармоник не менее 29 дБ. Нами исследуются вопросы выявления необходимого уровня подавления гармоник для обеспечения необходимой ошибки вносимого фазового сдвига. Результаты этих исследований опубликуем в последующих наших работах.

Рассмотренный принцип построения МДФ позволяетреализовать фазовращатели с высокими точностными характеристиками в широких диапазонах частот.

 

Литература.

  1. Г.С. Хижа, И.Б. Вендик, Е.А. Серебрякова. СВЧ фозовращатели и переключатели. М. “Радио и Связь”, 1984 г.
  2. Е. И. Нефедов, А.С. Саидов, А. Р. Тагилаев. “Широкополосные микрополосковые управляющие устройства СВЧ”. М. “Радио и Связь “,1994 г.

Добавить комментарий