RU189725U1 - Свч фазовращатель отражательного типа - Google Patents
Свч фазовращатель отражательного типа Download PDFInfo
- Publication number
- RU189725U1 RU189725U1 RU2019108964U RU2019108964U RU189725U1 RU 189725 U1 RU189725 U1 RU 189725U1 RU 2019108964 U RU2019108964 U RU 2019108964U RU 2019108964 U RU2019108964 U RU 2019108964U RU 189725 U1 RU189725 U1 RU 189725U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bridge
- lines
- far ends
- quadrature bridge
- microwave
- Prior art date
Links
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 4
- 230000001815 facial effect Effects 0.000 claims description 2
- RDYMFSUJUZBWLH-UHFFFAOYSA-N endosulfan Chemical compound C12COS(=O)OCC2C2(Cl)C(Cl)=C(Cl)C1(Cl)C2(Cl)Cl RDYMFSUJUZBWLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 241000269586 Ambystoma 'unisexual hybrid' Species 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- BTNNPSLJPBRMLZ-UHFFFAOYSA-N benfotiamine Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)SC(CCOP(O)(O)=O)=C(C)N(C=O)CC1=CN=C(C)N=C1N BTNNPSLJPBRMLZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/18—Phase-shifters
- H01P1/185—Phase-shifters using a diode or a gas filled discharge tube
Landscapes
- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Использование: для создания СВЧ фазовращателя отражательного типа (ФВОТ). Сущность полезной модели заключается в том, что ФВОТ содержит квадратурный мост на отрезке связанных линий, у которого в качестве входного и выходного портов выступают ближний и дальний концы одной из линий, а к ближнему и дальнему концам другой линии подключаются отражательные нагрузки. Построение и необходимое свойство транснаправленности квадратурного моста достигается тем, что над заземленным основанием с небольшим воздушным зазором устанавливается вертикальная плата с высокой диэлектрической проницаемостью (около 16…20), на левой и правой поверхностях которой расположены полосковые проводники с сильной лицевой связью (около 3 дБ) и с отношением скоростей нормальных волн, близким к 3:1. Технический результат: обеспечение возможности упрощения схемы и конструкции, улучшения повторяемости характеристик и повышения рабочих частот. 6 ил.
Description
Полезная модель относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), в частности к фазосдвигающим устройствам СВЧ и может быть использована в высокочастотной измерительной технике, в приемо-передающих трактах радиоэлектронных систем, в диаграммообразующих устройствах фазированных антенных решеток, в перспективных системах связи 5G.
Известны СВЧ фазовращатели отражательного типа (ФВОТ), построенные на квадратурном мосте и двух идентичных отражательных нагрузках, обеспечивающих необходимый управляемый фазовый сдвиг [1]. При этом наиболее часто в качестве квадратурного моста используют либо двушлейфный мост, либо отрезок связанных линий, в том числе ответвитель Ланге.
Недостаток ФВОТ на двушлейфном мосте - гальваническая связь между всеми портами - входным, выходным и двумя внутренними, что требует разделитель -ных конденсаторов между СВЧ каналом и цепями подачи смещения на управляющие элементы [1].
Недостатком ФВОТ, содержащего обычный противонаправленный мост на отрезке связанных линий, в том числе на ответвителе Ланге, является наличие гальванической связи как входного, так и выходного портов с соответствующими внутренними портами, что опять же требует разделительных конденсаторов и усложняет схему подачи смещения на управляющие элементы [1].
Известен ФВОТ с квадратурным мостом, сформированным из сосредоточенных LC-элементов [2]. Однако, его недостатком является гальваническая связь как входного, так и выходного портов с землей через соответствующие катушки индуктивности, что не всегда бывает приемлемым.
Как видим, все представленные аналоги ФВОТ как на распределенных двушлейфных мостах и связанных линиях, так и на сосредоточенных элементах имеют схемы подачи смещения на управляющие элементы ФВОТ неприемлемые, в случае, когда требуется передача постоянного тока по СВЧ каналу с входного порта на выходной порт.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа из-за схожести структуры и выполняемой функции, является ФВОТ описанный в [3], который содержит транснаправленный мост, построенный на отрезке связанных линий по сосредоточенно-распределенной схеме с межлинейными конденсаторами, поддерживающими фазовую и импедансную связь для обеспечения транснаправленного режима работы, а также пару идентичных отражающих нагрузок. Особенностью прототипа является гальваническая развязка между каналом СВЧ и цепями управления, обусловливающая передачу постоянного тока по СВЧ каналу с входного порта на выходной порт и простую схему подачи смещения на отражательные нагрузки.
Однако, основные недостатки этого ФВОТ состоят в сложности его схемы и конструкции, а также технологии изготовления. Сложность схемы моста заключается в том, что она является сосредоточенно-распределенной со множеством конструктивных конденсаторов, требующих высокой точности расчета и изготовления. Кроме того, конструкция содержит множество слоев, выполненных из труднодоступных диэлектрических материалов, и требует дорогостоящей технологии изготовления многослойных печатных плат. Эти особенности ведут к ухудшению повторяемости частотных характеристик и относительно невысоким рабочим частотам (около 3 ГГц).
Технический результат предлагаемой полезной модели - упрощение схемы и конструкции, улучшение повторяемости характеристик и повышение рабочих частот (более 10 ГГц).
Указанный технический результат достигается с использованием транснаправленного моста, построенного на связанных линиях с сильной связью (3 дБ), выполненных на одной вертикальной плате, установленной над заземленным основанием с небольшим воздушным зазором. При этом в сравнении с прототипом устраняются: многослойная конструкция, межлинейные конденсаторы и другие избыточные схемно-конструктивные элементы.
Заявляемый СВЧ ФВОТ содержит квадратурный мост на отрезке связанных линий, у которого в качестве входного и выходного портов выступают ближний и дальний концы одной из линий, а к ближнему и дальнему концам другой линии подключаются отражательные нагрузки. Построение и требуемое свойство транснаправленности квадратурного моста обеспечивается тем, что над заземленным основанием с небольшим воздушным зазором устанавливается вертикальная плата с высокой диэлектрической проницаемостью (около 16…20), на левой и правой поверхностях которой расположены полосковые проводники с сильной лицевой связью (около 3 дБ) и с отношением скоростей нормальных волн близким к 3:1. При этом сохраняется приемлемое импедансное согласование с подводящими линиями в портах и полная гальваническая развязка между каналом СВЧ и цепью управления.
Таким образом, упрощение схемы и конструкции ФВОТ в сравнении с прототипом достигается переходом от сосредоточенно-распределенной схемы к полностью распределенной, при котором многослойная конструкция, содержащая несколько (три и более) межлинейных конструктивных конденсаторов и несколько (два и более) диэлектрических слоев, заменяется одной вертикальной платой над заземленным основанием, что улучшает повторяемость характеристик и повышает рабочие частоты ФВ.
Заявляемая полезная модель и ее частотные характеристики изображены на следующих фигурах.
Фиг. 1 - структурно-функциональная схема ФВОТ на транснаправленном мосте.
Фиг. 2 - общий вид конструкции ФВОТ на транснаправленном мосте по настоящей заявке.
Фиг. 3 - вариант схемы электрической принципиальной ФВОТ на транснаправленном мосте.
Фиг. 4 - измеренные частотные зависимости возвратных потерь ФВОТ.
Фиг. 5 - измеренные частотные зависимости вносимых потерь ФВОТ.
Фиг. 6 - измеренные частотные зависимости управляемого фазового сдвига ФВОТ.
Структурно-функциональная схема СВЧ ФВОТ на транснаправленном мосте с требуемыми параметрами моста и обозначением портов изображена на фиг. 1; здесь также показана пара управляемых отражательных фазосдвигающих нагрузок, подключенных к двум внутренним портам.
Общий вид конструкции СВЧ ФВОТ согласно настоящей заявке показан на фиг. 2. ФВОТ включает в себя квадратурный мост на отрезке связанных линий, у которого в качестве входного и выходного портов выступают ближний и дальний концы одной из линий, а к ближнему и дальнему концам другой линии подключаются управляемые фазосдвигающие отражательные нагрузки 3. Построение и требуемое свойство транснаправленности квадратурного моста обеспечивается тем, что над заземленным основанием с небольшим воздушным зазором устанавливается вертикальная плата 1 с высокой диэлектрической проницаемостью (εr=16…20) с тем, чтобы достичь отношения фазовых скоростей нормальных волн (противофазной и синфазной) νп/νc близкого к 3:1 в полосковых проводниках 2 с сильной лицевой связью (около 3 дБ), которые расположены на левой и правой поверхностях вертикальной платы. При этом на центральной частоте рабочего диапазона обеспечиваются требуемые электрические длины связанных линий - 270 и 90 град., соответственно (см. фиг. 1). Также сохраняется приемлемое импедансное согласование с подводящими линиями в портах и полная гальваническая развязка между каналом СВЧ и цепью управления.
На фиг. 3 показана электрическая принципиальная схема варианта осуществления предлагаемого ФВОТ. Фазовращатель состоит из транснаправленного моста, сформированного на вертикальной платке, и пары отражательных нагрузок, в которых управляющими элементами являются варикапы, а сосредоточенные индуктивности Ls и емкости Ср сформированы короткими (λ/8) линиями передачи. Конструкция моста имеет межлинейную продольно-вертикальную плоскость симметрии, что позволяет применить к ней метод синфазно-противофазного возбуждения при анализе функционирования. При этом важно отметить, что вертикальная плата имеет весьма высокую диэлектрическую проницаемость εr=16…20, а окружающий ее воздух - низкую, равную примерно единице.
Принцип работы предлагаемого ФВОТ основан на использовании троекратного отношения скоростей нормальных волн при синфазном и противофазном возбуждении квадратурного моста на связанных линиях, а также преобразовании данным мостом, волн отраженных от пары отражательных нагрузок в сигнал, поступающий в выходной порт. При синфазном возбуждении моста поле концентрируется прежде всего в воздухе с малой диэлектрической проницаемостью. При противофазном возбуждении поле концентрируется прежде всего в диэлектрике вертикальной платы с высокой диэлектрической проницаемостью, образующем замедляющую среду. Таким образом, когда синфазная волна, распространяющаяся прежде всего в воздухе и являющаяся «быстрой», обретает фазовый сдвиг θc=90 град., противофазная волна, распространяющаяся прежде всего в диэлектрике вертикальной платы и являющаяся троекратно замедленной, набирает фазовый сдвиг θп=270 град. Откуда следует, что разность фаз между напряжениями противофазной («медленной») и синфазной («быстрой») и волн на выходе основной линии на центральной частоте полосы достигает 180 град., и полное напряжение становится равным нулю; следовательно, режим транснаправленной работы моста обеспечивается (см. фиг. 1). Требуемый управляемый фазовый сдвиг в выходном порту обеспечивается парой идентичных отражательных нагрузок 3, подключенных к внутренним портам (см. фиг. 2).
Для экспериментальной проверки работоспособности предлагаемого ФВОТ был изготовлен макет (прототип) со следующими параметрами конструкции (см. фиг. 2): относительная диэлектрическая проницаемость вертикальной платы εr=20; толщина вертикальной платы h=0,5 мм; ее ширина, совпадающая с шириной полосковых линий с лицевой связью w=0,8 мм; расстояние (зазор) между вертикальной платой и заземленным основанием s=0,25 мм; длина вертикальной платы 
Площадь горизонтального заземленного основания - 12×12 мм2. Материал вертикальной платы - В-20 производства ООО «Керамика» (Санкт-Петербург); плата монтируется как обычный поверхностно-монтируемый компонент (SMD). Отражательные нагрузки содержат варикапы АА631А от АО «НИИПП» (Томск). Варикапы реализованы как GaAs диоды с барьером Шотки со следующими электрическими параметрами: средняя емкость C(Ur=6V)=(0,4±0,1) пФ; коэффициент перекрытия по емкости Kc=Cmax(Ur=0V) /Cmin(Ur=50V)=2,8…3,3; добротность Q (f=1 ГГц)=250…340. Варикапы смещались следующим обратным напряжением Ur=(0 0,5 1 2 4 6 8 10 12 20 40) В при токе менее 0,01 мА. Размеры корпуса диода - 1,3 мм (диаметр) на 1,2 мм (высота).
Измеренные характеристики прототипа ФВОТ в зависимости от частоты и обратного напряжения смещения показаны на фиг. 4-6. Обнаружено хорошее согласие расчетных и экспериментальных результатов. ФВОТ работает в диапазоне от 9,5 до 11,5 ГГц (20%), обеспечивает регулирование фазы (0…125)° с вносимыми потерями (1,5…3) дБ, включая потери в разъемах, и возвратные потери лучше, чем (12…15) дБ во всех фазовых состояниях.
Таким образом, эксперимент подтвердил, что предлагаемый ФВОТ, построенный на транснаправленном мосте на связанных линиях с вертикальной платой реализуем, работоспособен и достаточно эффективен.
Связанные линии моста ФВОТ выполняются на одной вертикальной плате, устанавливаемой как обычный поверхностно-монтируемый компонент, что упрощает схему и конструкцию, улучшает повторяемость характеристик и повышает рабочие частоты фазовращателя (более 10 ГГц).
Список использованных источников
1. Хижа Г.С., Вендик И.Б., Серебрякова Е.А. СВЧ фазовращатели и переключатели: Особенности создания на p-i-n диодах в интегральном исполнении - М.: Радио и связь, 1984. - 184 с.
2. Pat. 10181833 US. Int. Cl. H01L 29/78. Reflection type phase shifter with active device tuning / Arigong B. (US) et al. - Assignee: Infineon Tech. AG (DE), Application No: 15/460297, Filed: 16.03.2017, Publ.: 15.01.2019.
3. Мунина И.В., Туральчук П.А. Гибридный СВЧ ответвитель мощности с гальванически развязанными плечами // Всероссийская конф. С.П-б.: 4-7 июня 2012 - Микроэлектроника СВЧ. - С. 209-212. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://mwelectronics.ru/2012/Poster/C48_I.V.%20Munina_Gibiidny%60y%20SVCh%20otvetvitel'.pdf (дата обращения 5.03.2019).
Claims (1)
- Фазовращатель СВЧ отражательного типа, содержащий транснаправленный квадратурный мост на отрезке связанных линий, у которого в качестве входного и выходного портов выступают ближний и дальний концы одной из линий, а к ближнему и дальнему концам другой линии подключаются отражательные нагрузки, отличающийся тем, что построение квадратурного моста и его необходимое свойство транснаправленности обеспечиваются установкой над заземленным основанием с небольшим воздушным зазором вертикальной платы с высокой диэлектрической проницаемостью (около 16…20), на левой и правой поверхностях которой расположены полосковые проводники с сильной лицевой связью (около 3 дБ) и с отношением скоростей нормальных волн, близким к 3:1, при этом сохраняется приемлемое импедансное согласование в портах и полная гальваническая развязка между каналом СВЧ и цепью управления.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019108964U RU189725U1 (ru) | 2019-03-27 | 2019-03-27 | Свч фазовращатель отражательного типа |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019108964U RU189725U1 (ru) | 2019-03-27 | 2019-03-27 | Свч фазовращатель отражательного типа |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU189725U1 true RU189725U1 (ru) | 2019-05-31 |
Family
ID=66792562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019108964U RU189725U1 (ru) | 2019-03-27 | 2019-03-27 | Свч фазовращатель отражательного типа |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU189725U1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2141151C1 (ru) * | 1998-10-21 | 1999-11-10 | Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Полосковый фазовращатель |
| RU2265260C1 (ru) * | 2001-08-17 | 2005-11-27 | Харрис Корпорейшн | Направленный ответвитель для поверхностного монтажа |
| WO2008108783A2 (en) * | 2006-05-24 | 2008-09-12 | Ngimat Co. | Radio frequency devices with enhanced ground structure |
| WO2009000431A1 (de) * | 2007-06-25 | 2008-12-31 | Rhode & Schwarz Gmbh & Co. Kg | Breitbandiger richtkoppler mit einstellbarer richtschärfe |
| RU2585884C1 (ru) * | 2015-03-11 | 2016-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Транснаправленный ответвитель на связанных линиях с вертикальной платой |
| RU2631904C1 (ru) * | 2016-10-18 | 2017-09-28 | Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" (АО "ВНИИ "Градиент") | Перестраиваемый фазовращатель свч |
-
2019
- 2019-03-27 RU RU2019108964U patent/RU189725U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2141151C1 (ru) * | 1998-10-21 | 1999-11-10 | Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Полосковый фазовращатель |
| RU2265260C1 (ru) * | 2001-08-17 | 2005-11-27 | Харрис Корпорейшн | Направленный ответвитель для поверхностного монтажа |
| WO2008108783A2 (en) * | 2006-05-24 | 2008-09-12 | Ngimat Co. | Radio frequency devices with enhanced ground structure |
| WO2009000431A1 (de) * | 2007-06-25 | 2008-12-31 | Rhode & Schwarz Gmbh & Co. Kg | Breitbandiger richtkoppler mit einstellbarer richtschärfe |
| RU2585884C1 (ru) * | 2015-03-11 | 2016-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | Транснаправленный ответвитель на связанных линиях с вертикальной платой |
| RU2631904C1 (ru) * | 2016-10-18 | 2017-09-28 | Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" (АО "ВНИИ "Градиент") | Перестраиваемый фазовращатель свч |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4607394A (en) | Single balanced planar mixer | |
| Okabe et al. | A compact enhanced-bandwidth hybrid ring using an artificial lumped-element left-handed transmission-line section | |
| US8704723B2 (en) | Differential dipole antenna system with a coplanar radiating structure and transceiver device | |
| Shum et al. | A novel microstrip ring hybrid incorporating a PBG cell | |
| US7471165B2 (en) | High-frequency balun | |
| JP6528241B2 (ja) | 共鳴結合器、及び、伝送装置 | |
| CN104466317A (zh) | 砷化镓双模带通滤波器及其制备方法 | |
| CN107579327A (zh) | 一种频率和功分比双可调的可重构功分器 | |
| KR20180081712A (ko) | Rf-dc 컨버터 | |
| JP2018533274A (ja) | Ｒｆ−ｄｃ変換器 | |
| CN1808893A (zh) | 一种镜频抑制混频器 | |
| Bo et al. | Polarization-independent rectifier with wide frequency and input power ranges based on novel six-port network | |
| CN110534920B (zh) | 柔性巴特勒馈电网络 | |
| CN1874056B (zh) | 左手微带传输线以及基于该传输线构成的时间延迟线 | |
| JPH05218711A (ja) | 広帯域マイクロストリップからストリップラインへの転移部 | |
| RU189725U1 (ru) | Свч фазовращатель отражательного типа | |
| KR101008974B1 (ko) | 이중 ｈ자 메타 전자파구조 공진기 및 이를 적용한 저위상잡음 전압 제어 발진기 | |
| CN113764850A (zh) | 一种接地共面波导-矩形波导滤波过渡结构 | |
| Ahmed et al. | Design of rectifying circuit and harmonic suppression antenna for RF energy harvesting | |
| Stefanini et al. | Compact 2-pole and 4-pole 2.4–2.8 GHz dual-mode tunable filters | |
| CN210516955U (zh) | 一种功分器 | |
| CN107181467B (zh) | 单面石英鳍线双二极管太赫兹平衡式二次倍频电路 | |
| US11233507B2 (en) | High frequency switch for high frequency signal transmitting/receiving devices | |
| Olokede et al. | A novel t-fed 4-element quasi-lumped resonator antenna array | |
| US5422609A (en) | Uniplanar microstrip to slotline transition |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20210328 |