RU2032254C1

RU2032254C1 - Microwave phase inverter

Info

Publication number: RU2032254C1
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Баженов; В.В. Чесноков
Original assignee: Научно-исследовательский институт измерительных приборов
Priority date: 1991-09-20
Filing date: 1991-09-20
Publication date: 1995-03-27

Abstract

FIELD: communication facilities. SUBSTANCE: microwave phase inverter has controlled phase shifter and first and second 3-dB bridges connected via first and second throughput phase shifters; one output arm of second 3-dB bridge functions as first output of microwave phase inverter; throughput phase inverters afford phase shift through 0-180 deg; controlled phase shifter is connected to first input arm of first bridge - first input of microwave phase inverter; second input arm of first bridge functions as second output of microwave phase inverter. EFFECT: improved design. 5 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, технике средств связи и может быть использовано в СВЧ трактах для управления фазой и коммутации СВЧ сигналов большой мощности. The invention relates to radio engineering, communications equipment and can be used in microwave paths for phase control and switching of high power microwave signals.

Наиболее близким к предлагаемому является СВЧ фазовращатель, содержащий первый щелевой мост, первое входное плечо которого является входом СВЧ фазовращателя, а первое и второе выходные плечи подключены соответственно к входам первого и второго управляющих устройств СВЧ, выполненных в виде p-i-n диодных выключателей. С целью увеличения уровня импульсной мощности в него введен второй щелевой мост, первое и второе входные плечи которого подключены к выходам первого и второго управляющих устройств СВЧ соответственно. Первое выходное плечо второго щелевого моста соединено с вторым входом первого щелевого моста через регулируемый фазовращатель, а второе выходное плечо второго щелевого моста является выходом СВЧ фазовращателя. Closest to the proposed is a microwave phase shifter containing a first slotted bridge, the first input arm of which is the input of the microwave phase shifter, and the first and second output arms are connected respectively to the inputs of the first and second microwave control devices, made in the form of p-i-n diode switches. In order to increase the level of pulsed power, a second slotted bridge was introduced into it, the first and second input arms of which are connected to the outputs of the first and second microwave control devices, respectively. The first output arm of the second slot bridge is connected to the second input of the first slot bridge through an adjustable phase shifter, and the second output shoulder of the second slot bridge is the output of the microwave phase shifter.

При подаче на управляющие устройства СВЧ запирающего напряжения СВЧ волна проходит с входа фазовращателя на его выход. При отпирающем напряжении СВЧ волна отражается от входов управляющих устройств СВЧ, проходит во второе плечо первого щелевого моста и через регулируемый фазовращатель поступает в первое выходное плечо второго щелевого моста, отражается от выходов СВЧ ключей и складывается на выходе СВЧ фазовращателя. Регулируемый фазовращатель устанавливает необходимый фазовый сдвиг. When a locking voltage is applied to the microwave control devices, the microwave wave passes from the input of the phase shifter to its output. At an unlocking voltage, the microwave wave is reflected from the inputs of the microwave control devices, passes to the second arm of the first slot bridge and through the adjustable phase shifter enters the first output shoulder of the second slot bridge, is reflected from the outputs of the microwave keys and is added to the output of the microwave phase shifter. An adjustable phase shifter sets the required phase shift.

Недостатками прототипа являются увеличение потерь СВЧ мощности за счет двойного прохождения СВЧ сигнала через первый и второй щелевой мост при подаче на СВЧ ключи отпирающего напряжения, а также необходимость введения дополнительных развязывающих устройств для организации режима "прием" с выхода фазовращателя. The disadvantages of the prototype are the increase in losses of microwave power due to the double passage of the microwave signal through the first and second slotted bridge when applying unlocking voltage to the microwave keys, as well as the need to introduce additional decoupling devices to organize the "reception" mode from the output of the phase shifter.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет реализации функции переключения, уменьшение вносимых потерь. The aim of the invention is the expansion of functionality by implementing the switching function, reducing insertion loss.

Для этого в СВЧ фазовращателе, содержащем управляемый фазосдвигатель, первый и второй 3 дБ мосты, первый и второй проходные фазосдвигатели, входы которых подключены к выходным плечам первого 3 дБ моста, а выходы - к входным плечам второго 3 дБ моста, второй выход второго 3 дБ моста является первым выходом фазовращателя, согласно изобретению управляемый фазосдвигатель, вход которого является входом устройства, последовательно подключен к первому входному плечу первого 3 дБ моста, проходные фазосдвигатели выполнены с фазовым сдвигом 0-180^о, а второе входное плечо первого 3 дБ моста является вторым выходом устройства.To do this, in a microwave phase shifter containing a controllable phase shifter, the first and second 3 dB bridges, the first and second pass-through phase shifters, the inputs of which are connected to the output arms of the first 3 dB bridge, and the outputs to the input arms of the second 3 dB bridge, second output of the second 3 dB bridge is a first output of the phase shifter according to the invention controlled phase shifter, the input of which is the input device, is connected in series to the first input port of the first 3 dB bridge communicating phase shifters made with a phase shift ^of 0-180, and the second input arm of the first 3 dB bridge is the second output of the device.

В предлагаемом устройстве реализуется два режима: режим фазовращателя и режим переключателя. The proposed device implements two modes: phase shifter mode and switch mode.

В режиме фазовращателя первый и второй проходные фазосдвигатели выполняют роль старшего разряда управляемого фазовращателя. Сигнал с входа устройства через управляемый фазосдвигатель поступает на первый вход первого 3 дБ моста. С выхода моста сигнал поступает на первые входы проходных дискретных фазосдвигателей. Прошедшая мощность складывается во втором выходном плече второго 3 дБ моста. Для получения фазового сдвига 180^о необходимо, чтобы первый и второй дискретные фазосдвигатели были установлены в состояние 180^о. В данном режиме происходит уменьшение потеpь по сравнению с прототипом за счет исключения потерь, вызванных двойным прохождением сигнала через первый и второй 3 дБ мосты.In the phase shifter mode, the first and second pass-through phase shifters act as the senior discharge of the controlled phase shifter. The signal from the input of the device through a controlled phase shifter is fed to the first input of the first 3 dB bridge. From the output of the bridge, the signal enters the first inputs of the through-pass discrete phase shifters. The transmitted power is added to the second output arm of the second 3 dB bridge. To obtain a phase shift of 180 ^about, it is necessary that the first and second discrete phase shifters were installed in a state of 180 ^about . In this mode, loss is reduced compared to the prototype due to the elimination of losses caused by the double passage of the signal through the first and second 3 dB bridges.

В режиме переключателя необходимо инверсное включение проходных дискретных фазосдвигателей (например, 0^о - первый и 180^о - второй). СВЧ мощность с выхода устройства через второй 3 дБ мост, проходные дискретные фазосдвигатели и первый 3 дБ мост поступает на выход, который развязан по СВЧ относительно входа устройства. Инверсное включение первого и второго проходных дискретных фазосдвигателей 0 - 180^о позволяет реализовать дополнительную функцию переключения по сравнению с прототипом.In the switch mode, the inverse switching of discrete phase shifters through passage is necessary (for example, 0 ^о - the first and 180 ^о - the second). Microwave power from the output of the device through the second 3 dB bridge, pass-through discrete phase shifters and the first 3 dB bridge goes to the output, which is decoupled on the microwave relative to the input of the device. The inverse inclusion of the first and second pass-through discrete phase shifters 0 - 180 ^about allows you to implement an additional switching function compared to the prototype.

Совокупность указанных признаков позволяет расширить функциональные возможности устройства по сравнению с прототипом и уменьшить вносимые потери. The combination of these features allows you to expand the functionality of the device compared to the prototype and reduce insertion loss.

Сопоставительный анализ предложенного решения с прототипом позволяет сделать вывод, что предложенный СВЧ фазовращатель отличается использованием проходных фазосдвигателей с фазовым сдвигом 0 - 180^о, установленных между первым и вторым 3 дБ мостами в качестве старшего разряда управляемого фазосдви- гателя, подключенного между входом устройства и первым входом первого моста, и введением второго выхода для реализации функции переключателя.Comparative analysis of the proposed solutions to the prior art leads to the conclusion that the proposed microwave phase shifter is characterized by the bushing phase shifters with phase shift 0 - ¹⁸⁰ installed between the first and second 3 dB bridges as MSB managed fazosdvi- tor connected between the input device and the first input the first bridge, and the introduction of a second output to implement the switch function.

На фиг.1 приведена схема прототипа; на фиг.2 - схема предлагаемого СВЧ фазовращателя; на фиг.3 - характеристика ослабления в режиме фазовращателя; на фиг.4 - зависимость величины ослабления в режиме передачи сигнала с первого выхода на второй выход; на фиг.5 - зависимость развязки между входом устройства и вторым выходом. Figure 1 shows a diagram of a prototype; figure 2 - diagram of the proposed microwave phase shifter; figure 3 - characteristic attenuation in the phase shifter mode; figure 4 - dependence of the attenuation in the mode of signal transmission from the first output to the second output; figure 5 - dependence of the isolation between the input of the device and the second output.

СВЧ фазовращатель содержит первый 3 дБ мост 1, второй 3 дБ мост 2, управляемый фазосдвигатель 3 проходного типа, вход которого является входом устройства, а выход соединен с первым входом первого 3 дБ моста 1, первый проходной дискретный фазосдвигатель 0-180^о 4, вход которого соединен с первым выходом первого 3 дБ моста 1, а выход - с первым входом второго 3 дБ моста 2, второй проходной дискретный фазосдвигатель 0 - 180^о 5, вход которого соединен с вторым выходом первого 3 дБ моста, а выход - с вторым входом второго 3 дБ моста, и балансную нагрузку 6, подключенную к первому выходу второго 3 дБ моста. Второй вход первого 3 дБ моста является вторым выходом 7 устройства, а второй выход второго 3 дБ моста - первым выходом 8 устройства.The microwave phase shifter contains the first 3 dB bridge 1, the second 3 dB bridge 2, a controllable phase shifter 3 of the passage type, the input of which is the input of the device, and the output is connected to the first input of the first 3 dB bridge 1, the first pass-through discrete phase shifter 0-180 ^о 4, input which is connected to the first output of the first 3 dB bridge 1, and the output to the first input of the second 3 dB bridge 2, the second pass-through discrete phase shifter 0 - 180 ^about 5, the input of which is connected to the second output of the first 3 dB bridge, and the output to the second input the second 3 dB of the bridge, and the balanced load of 6, connected to the first output of the second 3 dB bridge. The second input of the first 3 dB bridge is the second output 7 of the device, and the second output of the second 3 dB bridge is the first output 8 of the device.

СВЧ фазовращатель работает следующим образом. The microwave phase shifter operates as follows.

В режиме фазовращателя СВЧ мощность поступает на вход управляемого фазосдвигателя 3. С выхода которого поступает в первое входное плечо первого 3 дБ моста 1. В мосте 1 мощность делится в соотношении 1:2 и поступает на входы дискретных фазосдвигателей 4 и 5, вносящих фазовые сдвиги 180^о и 180^о или 0^о и 0^о, а с их выходов мощность поступает на входы второго 3 дБ моста 2, суммируется и поступает на выход 8 устройства.In the phase shifter mode, the microwave power is supplied to the input of the controlled phase shifter 3. The output of which is supplied to the first input arm of the first 3 dB of bridge 1. In bridge 1, the power is divided in a ratio of 1: 2 and supplied to the inputs of discrete phase shifters 4 and 5, introducing phase shifts 180 ^o and 180 ^o or 0 ^o and 0 ^o , and from their outputs the power is supplied to the inputs of the second 3 dB bridge 2, is summed up and goes to the output 8 of the device.

В режиме переключателя сигнал СВЧ поступает на выход 8 устройства, делится в соотношении 1: 2 во втором 3 дБ мосте 2 и поступает на дискретные фазосдвигатели 4 и 5, которые устанавливают в противофазе (например, фазосдвигатель 180^о, фазосдвигатель 0^о). Далее сигналы поступают на выходы первого 3 дБ моста 1, суммируются и поступают на выход 7 устройства. Сигналы, отраженные от дискретных фазосдвигателей 4 и 5, будут поступать в балансную нагрузку 6.In the switch mode, the microwave signal is fed to the output 8 of the device, divided in a 1: 2 ratio in the second 3 dB bridge 2 and fed to discrete phase shifters 4 and 5, which are installed in antiphase (for example, a phase shifter 180 ^о , phase shifter 0 ^о ). Next, the signals are fed to the outputs of the first 3 dB bridge 1, are summed up and fed to output 7 of the device. Signals reflected from discrete phase shifters 4 and 5 will be supplied to the balanced load 6.

Для СВЧ фазовращателя, выполненного на p-i-n диодах, состоящего из трехразрядного управляемого фазосдвигателя (22,5, 45 и 90^о секции по 2, 4 и 8 диодов соответственно) и двух дискретных фазосдвигателей из 9 диодов каждый, были достигнуты максимальные величины затухания в режиме фазовращателя - 2,2 дБ, в режиме переключателя - 1,1 дБ в 7,5%-ной полосе частот. Развязка между входом и выходом 7 устройства составила не менее 20 дБ в 7,5% -ной полосе частот (фиг.3-5).For a microwave phase shifter made on pin diodes, consisting of a three-digit controlled phase shifter (22.5, 45 and 90 ^о sections with 2, 4 and 8 diodes respectively) and two discrete phase shifters of 9 diodes each, the maximum attenuation values were achieved in the phase shifter mode - 2.2 dB, in the switch mode - 1.1 dB in the 7.5% frequency band. The isolation between the input and output 7 of the device was at least 20 dB in a 7.5% frequency band (Fig.3-5).

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство позволяет уменьшить потери СВЧ мощности за счет исключения двойного прохождения сигнала через первый и второй 3 дБ мосты примерно на 0,2 дБ, а также реализовать дополнительную функцию "переключатель". Для обеспечения таких же функциональных возможностей у аналогичных конструкций требуется введение дополнительных переключателей или развязывающих устройств, например циркулятора, что дополнительно увеличивает потери на 0,3-0,5 дБ. Compared with the prototype, the proposed device can reduce microwave power loss by eliminating the double passage of the signal through the first and second 3 dB bridges by about 0.2 dB, as well as implement an additional function "switch". To provide the same functionality for similar designs requires the introduction of additional switches or decoupling devices, such as a circulator, which additionally increases losses by 0.3-0.5 dB.

Claims

A microwave phase shifter comprising first and second pass-through phase shifters connected between the output arms of the first and input arms of the second 3 dB bridge, respectively, and a controllable phase shifter, the second output arm of the second 3 dB bridge being the first output of the microwave phase shifter, characterized in that the first and the second pass-through phase shifters are made with a phase shift of 0 - 180 ^o , the controlled phase shifter output is connected to the first input arm of the first 3 dB bridge, its input is the input of the microwave phase shifter, and the second input the shoulder of the first 3 dB bridge is the second output of the microwave phase shifter.