RU2490757C2 - Discrete transmission phase shifter - Google Patents
Discrete transmission phase shifter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2490757C2 RU2490757C2 RU2011130712/07A RU2011130712A RU2490757C2 RU 2490757 C2 RU2490757 C2 RU 2490757C2 RU 2011130712/07 A RU2011130712/07 A RU 2011130712/07A RU 2011130712 A RU2011130712 A RU 2011130712A RU 2490757 C2 RU2490757 C2 RU 2490757C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- phase shifter
- phase
- planar coupling
- loop
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
Abstract
Description
Предполагаемое изобретение относится к области электроники сверхвысоких частот, а именно к дискретным фазовращателям проходного типа, и может быть использовано в качестве электронно-управляемых устройств в проходной фазированной антенной решетке.The alleged invention relates to the field of microwave electronics, namely, discrete pass-through phase shifters, and can be used as electronically controlled devices in a pass-through phased array antenna.
Известна конструкция проходного шлейфного фазовращателя [Хижа Г.С., Вендик И.Б., Серебрякова Е.А., СВЧ фазовращатели и переключатели, 1984]. Проходной шлейфовый фазовращатель представляет собой отрезок линии передачи, который нагружен с двух сторон на одинаковые параллельные проводимости. Реактивности реализуются параллельными шлейфами, нагруженными на конце линии на p-i-n-диод. В месте подключения шлейфов к основной линии образуется трансформатор. Область подключения шлейфа описывается шестиполюсником, к которому также подключается двухполюсник - одноступенчатый отражательный фазовращатель. Изменение фазы коэффициента прохождения осуществляется коммутацией периодически включенных в линию шлейфов.A known design of a loop-through loopback phase shifter [Khizh GS, Vendik IB, Serebryakova EA, Microwave phase shifters and switches, 1984]. The loopback phase shifter is a segment of the transmission line, which is loaded on both sides to the same parallel conductivity. Reactivity is realized by parallel loops, loaded at the end of the line to a p-i-n-diode. In the place of connecting the loops to the main line, a transformer is formed. The loop connection area is described by a six-terminal, to which a two-terminal is also connected - a single-stage reflective phase shifter. The change in the phase of the transmission coefficient is carried out by switching periodically included in the line cables.
Недостатками данного фазовращателя в волноводном исполнении являются большие поперечные размеры и масса.The disadvantages of this phase shifter in the waveguide design are large transverse dimensions and mass.
Известно также устройство СВЧ-фазовращателя [патент РФ №2032254, МПК: H01P 1/185]. Сущность изобретения: в СВЧ фазовращателе, содержащем управляемый фазосдвигатель и первый и второй 3-ДБ мосты, соединенные через первый и второй проходные фазосдвигатели, причем одно выходное плечо второго 3-ДБ моста является первым выходом СВЧ фазовращателя, проходные фазовращатели выполнены с фазовым сдвигом 0-180°, управляемый фазосдвигатель подключен к первому входному плечу первого моста - первому входу СВЧ фазовращателя, второе входное плечо первого моста является вторым выходом СВЧ фазовращателя.A microwave phase shifter device is also known [RF patent No. 2032254, IPC: H01P 1/185]. The essence of the invention: in the microwave phase shifter containing the controlled phase shifter and the first and second 3-dB bridges connected through the first and second loop-through phase shifters, with one output arm of the second 3-dB bridge is the first output of the microwave phase shifter, the loop-through phase shifters are made with a 0- phase shift 180 °, the controlled phase shifter is connected to the first input arm of the first bridge - the first input of the microwave phase shifter, the second input shoulder of the first bridge is the second output of the microwave phase shifter.
Недостатками данного устройства является конструктивно сложное исполнение за счет введения 3-ДБ моста, в котором для получения больших фазовых сдвигов складывается мощность, поступающая от первого и второго проходных дискретных фазосдвигателей, а также большие поперечные размеры и масса в волноводном исполнении, что ограничивает его применение в составе фазированных антенных решеток.The disadvantages of this device is a structurally complex design due to the introduction of a 3-dB bridge, in which, to obtain large phase shifts, the power coming from the first and second pass-through discrete phase shifters is combined, as well as the large transverse dimensions and mass in the waveguide design, which limits its use in composition of phased antenna arrays.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является дискретный проходной фазовращатель [Пазухина Т.Г., Сивяков Б.К. Проектирование волноводных фазовращателей с p-i-n-диодами и планарными петлями связи/ Вестник Саратовского государственного технического университета. 2008. №1. Вып.1. С.246-255]. Фазовращатель содержит отрезок прямоугольного волновода и «N» петель связи, размещенных на диэлектрических пластинах, установленных в поперечном сечении волновода, p-i-n-диоды подключены одним электродом к концам петель связи, а вторым - к узкой стенке волновода. Фазовращатель состоит из нескольких одинаковых секций. Каждая секция состоит из набора последовательно включенных элементарных фазосдвигающих ячеек, содержащих два реактивных элемента.Closest to the proposed invention is a discrete feedthrough phase shifter [Pazukhina TG, Sivyakov B.K. Design of waveguide phase shifters with p-i-n-diodes and planar communication loops / Bulletin of the Saratov State Technical University. 2008. No. 1. Issue 1. S.246-255]. The phase shifter contains a segment of a rectangular waveguide and “N” coupling loops located on dielectric plates mounted in the transverse section of the waveguide, p-i-n diodes are connected by one electrode to the ends of the communication loops, and the second to a narrow wall of the waveguide. The phase shifter consists of several identical sections. Each section consists of a set of series-connected elementary phase-shifting cells containing two reactive elements.
Недостатками данного устройства является невозможность уменьшения поперечного размера волновода менее длины электромагнитной волны в свободном пространстве, необходимого для увеличения угла обзора фазированной антенной решетки, и сравнительно узкая полоса пропускания прямоугольного волновода.The disadvantages of this device are the impossibility of reducing the transverse size of the waveguide to less than the length of the electromagnetic wave in free space, necessary to increase the viewing angle of the phased antenna array, and the relatively narrow passband of a rectangular waveguide.
Задачей изобретения и техническим результатом является уменьшение поперечного размера фазовращателя и расширение полосы рабочих частот фазовращателя.The objective of the invention and the technical result is to reduce the transverse size of the phase shifter and expanding the operating frequency band of the phase shifter.
Поставленная задача достигается тем, что в дискретном проходном фазовращателе, содержащем волновод, вдоль оси, которого в поперечном сечении размещены диэлектрические пластины с несимметричными планарными петлями связи и присоединенными к ним управляющими электродами и p-i-n-диодами, каждый из которых одним электродом подключен к концу несимметричной планарной петли связи, а другим электродом к боковой стенке волновода согласно предлагаемому техническому решению волновод имеет П-образное поперечное сечение, а диэлектрические пластины с несимметричными планарными петлями связи расположены между выступом и боковой стенкой П-образного волновода, а каждый p-i-n-диод подключен одним электродом к концу несимметричной планарной петли связи у широкой стенки П-образного волновода противоположной выступу.The problem is achieved in that in a discrete pass-through phase shifter containing a waveguide, along the axis, in which a dielectric plate with asymmetric planar coupling loops and control electrodes and pin diodes connected to them, each of which is connected to the end of an asymmetric planar one electrode the communication loop, and the other electrode to the side wall of the waveguide according to the proposed technical solution, the waveguide has a U-shaped cross section, and dielectric plates with asymmetric planar hinge connection disposed between the projection and the sidewall of the U-shaped waveguide, and each p-i-n-diode is connected to one electrode of the asymmetric planar end loop in the wide U-shaped wall of the waveguide opposite to the protrusion.
Предлагаемое устройство поясняется чертежами: на фиг.1 представлена схематическая конструкция фазовращателя, на фиг.2 - ее продольный разрез, на фиг.3 - фазочастотные характеристики,The proposed device is illustrated by drawings: figure 1 shows a schematic design of a phase shifter, figure 2 - its longitudinal section, figure 3 - phase-frequency characteristics,
где 1 - отрезок волновода П-образного сечения;where 1 is a segment of a waveguide of a U-shaped section;
2 - диэлектрические пластины;2 - dielectric plates;
3 - несимметричная планарная петля связи;3 - asymmetric planar communication loop;
4 - p-i-n-диоды;4 - p-i-n-diodes;
5 - управляющий электрод.5 - control electrode.
Дискретный проходнй фазовпащатель состоит из отрезка волновода П-образного сечения 1, вдоль оси которого в поперчном сечении размещены диэлектрические пластины 2 с несимметричными планарными петлями связи 3. Диэлектрические пластины 2 расположены одна за другой между выступом и боковой стенкой отрезка волновода П-образного сечения 1 и отстоят друг от друга на растоянии четверти длины волны в таком волноводе. Между диэлектрическими пластинами 2 и боковой стенкой волновода имеется зазор. Диэлектрическая пластина 2 с нанесенной несимметричной планарной петлей связи 3 представляют собой реактивный элемент. Отстоящие друг от друга на четверть длины волны реактивные элементы образуют элементарную фазосдвигающую ячейку. Количество фазосдвигающих ячеек определяет дискретность фазовращателя. Несимметричные планарные петли связи 3 размещены на диэлектрических пластинах 2, так что на стыке двух фазосдвигающих ячеек несимметричные планарные петли связи 3 расположены с двух сторон диэлектрической пластины 2. Таким образом на входе и выходе стоят диэлектрические пластины с одной планарной петлей связи. Планарная петля связи 3 представляет собой несимметричную конструкцию, у которой один конец нагружен p-i-n-диодом 4 у широкой стенки П-образного волновода 1 противоположной выступу, а другой остается разомкнутым. Электрическая длина ненагруженного конца несимметричной планарной петли связи 3 (считая по средней линии от плоскости симметрии петли) примерно равна 90°. Каждый p-i-n-диод 4 одним электродом подключен к несимметричной планарной петле связи 3, а другим к боковой стенки волновода. Управляющий электрод 5 служит для подачи управляющего напряжения на p-i-n-диоды 4, который присоединен к центральной части несимметричной планарной петли связи 3.The discrete pass-through phase suppressor consists of a segment of a U-shaped waveguide 1, along the axis of which dielectric plates 2 with asymmetric planar coupling loops 3 are placed in cross section. Dielectric plates 2 are located one after the other between the protrusion and the side wall of a segment of the U-shaped waveguide 1 and separated from each other at a distance of a quarter of the wavelength in such a waveguide. There is a gap between the dielectric plates 2 and the side wall of the waveguide. The dielectric plate 2 coated with an asymmetric planar coupling loop 3 is a reactive element. Reactive quarter-wavelength reactive elements form an elementary phase-shifting cell. The number of phase-shifting cells determines the discreteness of the phase shifter. Asymmetric planar coupling loops 3 are placed on the dielectric plates 2, so that at the junction of the two phase-shifting cells, asymmetric planar coupling loops 3 are located on both sides of the dielectric plate 2. Thus, there are dielectric plates with one planar coupling loop at the input and output. The planar coupling loop 3 is an asymmetric design in which one end is loaded with a p-i-n-diode 4 near the wide wall of the U-shaped waveguide 1 opposite the protrusion, and the other remains open. The electrical length of the unloaded end of the asymmetric planar coupling loop 3 (counting along the midline from the plane of symmetry of the loop) is approximately 90 °. Each p-i-n-diode 4 is connected by one electrode to an asymmetric planar coupling loop 3, and the other to the side wall of the waveguide. The control electrode 5 serves to supply a control voltage to the p-i-n-diodes 4, which is connected to the Central part of the asymmetric planar coupling loop 3.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Дискреный проходной фазовращатель изменяет фазу электромагнитной волны, которая направлена от облучателя. Состояние, когда все p-i-n-диоды 4 выключены считается нулевым и от него отсчитывается изменение фазы. Элементарные фазосдвигающие ячейки включаются последовательно. Каждая реактивность может принимать два значения в зависимости от полярности напряжения, приложенного к p-i-n-диодам 4, которые включены в цепь каждой реактивности последовательно ей. При подаче на p-i-n-диоды 4 посредством управляющего электрода 5 запирающего напряжения, цепь несимметричной планарной петли связи 3 будет разомкнута для токов СВЧ, так как в этом случае p-i-n-диоды 4 будут закрыты, и несимметричная планарная петля связи 3 не будет оказывать возмущения магнитному полю. При подаче на p-i-n-диоды 4 напряжения прямого смещения, p-i-n-диоды 4 откроются. По цепи несимметричной планарной петли 3 протекает ток, который создает размагничивающий поток. Фаза прошедшей волны определяется как разность фаз коэффициентов передачи Si2 в двух состояниях элементарной ячейки. При включении первой ячейкиThe discrete pass-through phase shifter changes the phase of the electromagnetic wave, which is directed from the irradiator. The state when all p-i-n-diodes 4 are off is considered to be zero and the phase change is counted from it. The elementary phase-shifting cells are connected in series. Each reactance can take two values depending on the polarity of the voltage applied to the p-i-n-diodes 4, which are included in the circuit of each reactivity in series with it. When applying a blocking voltage to the pin diodes 4 via the control electrode 5, the circuit of the asymmetric planar coupling loop 3 will be open for microwave currents, since in this case the pin diodes 4 will be closed, and the asymmetric planar coupling loop 3 will not disturb the magnetic field . When applying direct bias voltage to p-i-n-diodes 4, p-i-n-diodes 4 will open. A current flows through the asymmetric planar loop 3 circuit, which creates a demagnetizing current. The phase of the transmitted wave is defined as the phase difference of the transmission coefficients of Si2 in two states of the unit cell. When you turn on the first cell
фаза коэффициента передачи меняется на
Из расчитанной с помощью пакета программ электродинамического моделирования Ansoft HFSS фазочастотных характреристик фазовращателя на 16 положений фазы (фиг.3), видно, что фазочастотные характеристики имеют относительно слабую дисперсию в полосе частот с дискретом в 22,5°.From the phase-frequency characteristics of the phase shifter calculated by the Ansoft HFSS electrodynamic modeling software package for 16 phase positions (Fig. 3), it can be seen that the phase-frequency characteristics have a relatively weak dispersion in the frequency band with a discrete of 22.5 °.
Уменьшение поперечных размеров дает возможность ставить модули фазированной антенной решетки ближе друг к другу, тем самым увеличивая угол сектора обзора пространства фазированной антенной решетки.Reducing the transverse dimensions makes it possible to put the phased array antenna modules closer to each other, thereby increasing the viewing sector angle of the phased array antenna space.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011130712/07A RU2490757C2 (en) | 2011-07-21 | 2011-07-21 | Discrete transmission phase shifter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011130712/07A RU2490757C2 (en) | 2011-07-21 | 2011-07-21 | Discrete transmission phase shifter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011130712A RU2011130712A (en) | 2013-01-27 |
RU2490757C2 true RU2490757C2 (en) | 2013-08-20 |
Family
ID=48805379
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011130712/07A RU2490757C2 (en) | 2011-07-21 | 2011-07-21 | Discrete transmission phase shifter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2490757C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650416C1 (en) * | 2014-11-11 | 2018-04-13 | Зи-Менг ЛИ | Antenna and antenna array with adjustable phase rotators |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3753160A (en) * | 1972-04-20 | 1973-08-14 | Emerson Electric Co | Reciprocal ferrite phase shifter having means detecting deviations of the energy from desired linear polarization |
US3938158A (en) * | 1973-12-19 | 1976-02-10 | Raytheon Company | Antenna element for circular or linear polarization |
EP0325340A2 (en) * | 1988-01-19 | 1989-07-26 | Electromagnetic Sciences, Inc. | Fast switching reciprocal ferrite phase shifter |
SU1555730A1 (en) * | 1987-06-30 | 1990-04-07 | Предприятие П/Я А-3650 | Discrete transmission phase shifter |
US5243357A (en) * | 1989-11-27 | 1993-09-07 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Waveguide feeding array antenna |
RU2032254C1 (en) * | 1991-09-20 | 1995-03-27 | Научно-исследовательский институт измерительных приборов | Microwave phase inverter |
RU2231175C2 (en) * | 2002-09-23 | 2004-06-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" | Discrete loop-shaped diode shf phase inverter |
RU2247447C2 (en) * | 1989-09-18 | 2005-02-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт измерительных приборов"(ОАО"НИИП") | Diode phase shifter |
-
2011
- 2011-07-21 RU RU2011130712/07A patent/RU2490757C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3753160A (en) * | 1972-04-20 | 1973-08-14 | Emerson Electric Co | Reciprocal ferrite phase shifter having means detecting deviations of the energy from desired linear polarization |
US3938158A (en) * | 1973-12-19 | 1976-02-10 | Raytheon Company | Antenna element for circular or linear polarization |
SU1555730A1 (en) * | 1987-06-30 | 1990-04-07 | Предприятие П/Я А-3650 | Discrete transmission phase shifter |
EP0325340A2 (en) * | 1988-01-19 | 1989-07-26 | Electromagnetic Sciences, Inc. | Fast switching reciprocal ferrite phase shifter |
RU2247447C2 (en) * | 1989-09-18 | 2005-02-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт измерительных приборов"(ОАО"НИИП") | Diode phase shifter |
US5243357A (en) * | 1989-11-27 | 1993-09-07 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Waveguide feeding array antenna |
RU2032254C1 (en) * | 1991-09-20 | 1995-03-27 | Научно-исследовательский институт измерительных приборов | Microwave phase inverter |
RU2231175C2 (en) * | 2002-09-23 | 2004-06-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" | Discrete loop-shaped diode shf phase inverter |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650416C1 (en) * | 2014-11-11 | 2018-04-13 | Зи-Менг ЛИ | Antenna and antenna array with adjustable phase rotators |
RU2650416C9 (en) * | 2014-11-11 | 2018-07-02 | Зи-Менг ЛИ | Antenna and antenna array with adjustable phase rotators |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011130712A (en) | 2013-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9054406B2 (en) | Nonreciprocal transmission line apparatus having asymmetric structure of transmission line | |
CN107453013B (en) | Phase shifter based on liquid crystal material | |
US8947317B2 (en) | Microwave resonator configured by composite right/left-handed meta-material and antenna apparatus provided with the microwave resonator | |
Jiang et al. | Tunable microwave bandpass filters with complementary split ring resonator and liquid crystal materials | |
RU2623666C1 (en) | Three-channel directed coupler of microwave signal on magnetostatic waves | |
CN107634345B (en) | A kind of high-gain gradual change slot array antenna suitable for 5G millimetre-wave attenuator | |
Zhang et al. | Broadband half-mode substrate integrated waveguide (HMSIW) Wilkinson power divider | |
Piltyay et al. | Electromagnetic simulation of new tunable guide polarizers with diaphragms and pins | |
Zhang et al. | Studies on mechanical tunable waveguide phase shifters for phased-array antenna applications | |
Ueda et al. | Pseudo-traveling-wave resonator based on nonreciprocal phase-shift composite right/left handed transmission lines | |
CN107331966B (en) | High-power second-order and N-order Butler matrix based on rectangular waveguide | |
Jost et al. | Tunable dielectric delay line phase shifter based on liquid crystal technology for a SPDT in a radiometer calibration scheme at 100 GHz | |
Jiang et al. | Millimeter-wave broadband tunable band-pass filter based on liquid crystal materials | |
Neuder et al. | Compact liquid crystal-based defective ground structure phase shifter for reconfigurable intelligent surfaces | |
RU2490757C2 (en) | Discrete transmission phase shifter | |
Gaebler et al. | Investigation of high performance transmission line phase shifters based on liquid crystal | |
Chan et al. | $ Ku $-Band Channel Aggregation Waveguide Filters by RF MEMS-Based Detuning | |
Wang et al. | Liquid crystal enabled substrate integrated waveguide variable phase shifter for millimeter-wave application at 60ghz and beyond | |
Raza et al. | Compact UWB power divider packaged by using gap-waveguide technology | |
Jost et al. | Interference based W-band single-pole double-throw with tunable liquid crystal based waveguide phase shifters | |
Liu et al. | A compact substrate integrated waveguide band-pass filter | |
Abdelaal et al. | 90° phase shifter based on substrate integrated waveguide technology for Ku-band applications | |
Wang et al. | An E-band reconfigurable phase shifter based on gap waveguide | |
Pisano et al. | A broadband photolithographic polariser for millimetre wave applications | |
Zhu et al. | Design of a terahertz phase shifter based on liquid crystal |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160722 |