Фазовращатели на основе мостовых устройств и направленных ответвителей

Лекция 6. Фазирующие устройства

Учебные вопросы

1. Назначение, классификация развязывающих устройств. Их обозначение на принципиальных схемах.

2. Механический коаксиальный фазовращатель тромбонного типа.

3. Фазовращатели на основе мостовых устройств и направленных ответвителей.

4. Волноводные фазовращатели с диэлектрическими пластинами и металлическими вставками.

5. Секции дифференциального фазового сдвига.

6. Диодные фазовращатели аналогового и дискретного типа. Ферритовые вентили.

       1.  Назначение, классификация развязывающих устройств. Их обозначение на принципиальных схемах.

Фазирующие устройства предназначены для выполнения следующих функций:

1) плавное или дискретное изменение фазы ЭМВ в одном канале или сечении фидерного тракта относительно фазы ЭМВ в другом канале или сечении (такие устройства называются фазовращателями);

2) создание фиксированного или изменяемого разностного сдвига фаз ЭМВ, распространяющихся в ЛП в противоположных направлениях, или для ЭМВ с взаимно ортогональной поляризацией (такие устройст­ва называются секциями дифференциального фазового сдвига).

       Классификация фазирующих устройств может быть проведена по следующим признакам.

       1 По типу линии передачи: коаксиальные, полосковые, волноводные.

       2 По способу изменения фазы: механические, электрически управляемые.

       3 По виду фазового сдвига: плавные, дискретные.

       4 По способу создания фазового сдвига: проходные, отражательные.

       5 По наличию фазового сдвига для ЭМВ встречных направлений: взаимные, невзаимные.

       Принципы работыфазирующих устройств основаны на известном свойстве электромагнитной волны приобретать фазовый набег при прохождении ей некоторого расстояния в среде с определенными электрическими и геометрическими параметрами.

       Фазовый набег Δφ, приобретаемый электромагнитной волной при ее распространении в линии передачи на отрезке длиной l, может быть определен из следующего выражения:

       ,

где  – коэффициент распространения ЭМВ в линии передачи;

       Λ – длина волны в линии передачи.

Как известно, длина волны в линии передачи зависит от длины волны генератора и типа линии передачи (ее конструкции, геометри­ческих размеров, электрических параметров диэлектрика, заполняю­щего внутреннее пространство линии передачи).

Следовательно, изменить фазовый набег ЭМВ при ее распростра­нении в линии передачи можно следующими способами:

1) изменить геометрическую длину отрезка линии передачи l;

2) включить в отрезок линии передачи сосредоточенную реактив­ность, которая, являясь неоднородностью, изменяет амплитудное распределение электромагнитного поля (ЭМП) вдоль линии передачи, что в итоге эк­вивалентно изменению геометрической длины отрезка линии передачи;

3) изменить геометрические размеры поперечного сечения линии передачи, например размер широкой стенки прямоугольного волново­да, что ведет к изменению критической длины волны λ_кр в нем и, как следствие, – к изменению длины волны в волноводе Λ;

4) изменить электрические параметры диэлектрика (относительную диэлектрическую и магнитную проницаемости), заполняющего линию передачи, что ведет к изменению длины волны в линии передачи.

На основе этих способов созданы различные конструкции фази­рующих устройств.

Обозначение фазирующих устройств на принципиальных схемах представлено на рис. 10. Цифрами обозначены: 1 – нерегулируемый фазовращатель (ФВ), 2 – регулируемый ФВ, 3 – секция дифференциального фазового сдвига (СДФС).

Рис. 10

  2. Механический коаксиальный фазовращатель тромбонного типа

Механический коаксиальный фазовращатель тромбонного типа представляет собой отрезок коаксиальной ЛП, в котором для управления сдвигом фазы ЭМВ используется изменение геометрической длины.

Конструкция такого ФВ представлена на рис. 11.

Рис. 11

Изменяя положение подвижной секции 1 относительно неподвижной 2 (рис. 11), можно плавно изменять длину отрезка l коаксиальной ЛП, а следовательно, и величину фазового сдвига ЭМВ.

Такой фазовращатель является проходным.

Он нашел применение в фидерном тракте диспетчерского радиолокатора в качестве элемента, обеспечивающего подбор оптимальной нагрузки на магнетрон передающего устройства. Кроме того, он используется в тракте питания антенной решетки радионавигационного маяка РСБН-4Н для регулирования фазовых соотношений токов возбуждения ее элементов при перестройке рабочей частоты.

Фазовращатели на основе мостовых устройств и направленных ответвителей

Такие фазовращатели являются отражательными. Принцип их действия основан на отражении ЭМВ от короткозамкнутого отрезка линии передачи. Они могут быть реализованы на основе волноводно-щелевого моста (рис. 12а) или трехдецибельного направленного ответвителя (рис. 12б).

Рис. 12

       В таких устройствах в выходных плечах установлены короткозамкнутые подвижные поршни 5 или плунжеры 6 (рис. 12). Изменяя их положение, можно в нужных пределах изменять длину l отрезка ЛП и, как следствие, – величину фазового сдвига ЭМВ на выходе фазовращателя.

       Принцип работы отражательного ФВ поясняется на примере ФВ на основе волноводно-щелевого моста (рис. 12а).

       ЭМВ, поступающая во входное плечо 1 моста, делится поровну между плечами 2 и 3 и не попадает в плечо 4. Отраженные от короткозамкнутых поршней волны проходят через сдвоенный волновод (участок со щелью) в обратном направлении и складываются в плече 4 по свойству волноводно-щелевого моста. Фаза волны на выходе (в плече 4) определяется пройденным расстоянием, т.е. положением короткозамкнутых поршней.

       Принцип работы ФВ на основе трехдецибельного направленного ответвителя аналогичен рассмотренному.

       Данные фазовращатели нашли применение в высокочастотных трактах в качестве элементов их настройки, а также как элементы более сложных устройств.