RU2619799C1 - Fixed phase shift of microwave - Google Patents

Fixed phase shift of microwave Download PDF

Info

Publication number
RU2619799C1
RU2619799C1 RU2015154776A RU2015154776A RU2619799C1 RU 2619799 C1 RU2619799 C1 RU 2619799C1 RU 2015154776 A RU2015154776 A RU 2015154776A RU 2015154776 A RU2015154776 A RU 2015154776A RU 2619799 C1 RU2619799 C1 RU 2619799C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
channel
transmission lines
phase shift
microwave
Prior art date
Application number
RU2015154776A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Валентинович Алексеев
Валерий Петрович Мещанов
Виктор Валерьевич Семенчук
Людмила Владимировна Шикова
Александр Николаевич Ануфриев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "НИКА-СВЧ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "НИКА-СВЧ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "НИКА-СВЧ"
Priority to RU2015154776A priority Critical patent/RU2619799C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2619799C1 publication Critical patent/RU2619799C1/en

Links

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
    • H01P1/182—Waveguide phase-shifters

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to devices providing a constant phase shift between a reference channel (compensating line) (RC) and a phase-shift channel (PC) in a wide frequency band. The fixed microwave phase shifter contains a reference channel on a single transmission line and a phase-shift channel made in the form of at least one four-terminal network in the form of a section of connected transmission lines loaded at the junction with a short-circuited loop. Moreover, the associated transmission lines are made stepwise-inhomogeneous.
EFFECT: decrease in the standing wave ratio by voltage and decrease of the maximum deviation of the phase shift function from the nominal value.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим постоянный фазовый сдвиг между опорным каналом (компенсирующей линией) (ОК) и фазосдвигающим каналом (ФК) в широкой полосе частот. The invention relates to devices that provide a constant phase shift between the reference channel (compensating line) (OK) and the phase-shifting channel (FC) in a wide frequency band.

Известен фиксированный фазовращатель (ФФ) СВЧ, предложенный и исследованный Шиффманом (Schiffman B.M. A new class of broadband microwave 90-degree phase shifters //IRE Trans., 1958. V. MTT-6, no 4. P. 232). В нём ОК выполнен в виде отрезка одиночной однородной линии передачи (ЛП), а ФК представляет собой отрезок связанных однородных ЛП с направленностью второго типа, выходные плечи которого непосредственно соединены между собой. Фазосдвигающий канал такого типа получил название С-звена. Теоретически С-звено является всепропускающим четырехполюсником: предполагается, что отрезок связанных ЛП в нём характеризуется идеальной направленностью, а длина отрезка, соединяющего выходные плечи связанных однородных ЛП, равна нулю.The known fixed phase shifter (FF) microwave, proposed and investigated by Schiffman (Schiffman B.M. A new class of broadband microwave 90-degree phase shifters // IRE Trans., 1958. V. MTT-6, no 4. P. 232). In it, OK is made in the form of a segment of a single homogeneous transmission line (LP), and the FC is a segment of connected homogeneous drugs with a directivity of the second type, the output shoulders of which are directly connected to each other. This type of phase-shifting channel is called the C-link. Theoretically, the C-link is an all-transmitting four-terminal network: it is assumed that the segment of connected LPs in it is characterized by ideal directivity, and the length of the segment connecting the output shoulders of the connected homogeneous LPs is zero.

Однако на практике потенциальные возможности ФФ на основе С-звеньев не могут быть полностью реализованы, так как длина отрезка, соединяющего выходные плечи связанных однородных ЛП, отлична от нуля. Кроме того, в связанных микрополосковых ЛП конструктивно-технологические ограничения при реализации средних и высоких значений коэффициентов связи и разница фазовых скоростей нормальных волн, распространяющихся в них, нарушают условия идеальной направленности и согласования.However, in practice, the potential capabilities of FFs based on C-links cannot be fully realized, since the length of the segment connecting the output arms of the connected homogeneous LPs is nonzero. In addition, in coupled microstrip medicinal products, structural and technological limitations in the implementation of medium and high values of the coupling coefficients and the difference in the phase velocities of the normal waves propagating in them violate the conditions of ideal directivity and coordination.

Известен также ФФ СВЧ (Гительсон А.А., Михалевский В.С., Следков В.А. Синтез фазовращателей СВЧ на ступенчатых связанных линиях // Антенны. 1975. № 22. С. 117-132), содержащий ОК и ФК в виде четырёхполюсника, образованного отрезком ступенчато-неоднородных связанных ЛП. Microwave FF is also known (A. Gitelson, V.S. Mikhalevsky, V.A. Sledkov. Synthesis of microwave phase shifters on stepped coupled lines // Antennas. 1975. No. 22. P. 117-132), containing OK and FC in the form of a four-terminal network formed by a segment of stepwise inhomogeneous coupled drugs.

Однако ФФ данной конструкции имеет недостаточно малое максимальное отклонение Δφ функции фазового сдвига от номинального значения φ0. Для их реализации требуется использовать сильно связанные ЛП.However, the FF of this design does not have a sufficiently small maximum deviation Δφ of the phase shift function from the nominal value φ 0 . Their implementation requires the use of strongly coupled drugs.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является ФФ (Аристархов Г.М., Алексеев А.А. Широкополосные фазовращатели на связанных микрополосковых линиях с кратными электрическими длинами // Радиотехника. 1987. № 12. С. 58-60), содержащий ОК и ФК в виде четырёхполюсника, образованного отрезком связанных однородных ЛП, снабжённым в месте соединения этих ЛП короткозамкнутым шлейфом.The closest analogue to the claimed invention is FF (Aristarkhov G.M., Alekseev A.A. Broadband phase shifters on coupled microstrip lines with multiple electric lengths // Radio Engineering. 1987. No. 12. P. 58-60), containing OK and FC in the form of a four-terminal network formed by a segment of connected homogeneous drugs, equipped at the junction of these drugs with a short-circuited loop.

Однако и данное техническое решение также имеет недостаточно малые максимальное отклонение Δφ функции фазового сдвига от номинального значения φ0 и коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) на входе ФК. However, this technical solution also does not have a sufficiently small maximum deviation Δφ of the phase shift function from the nominal value φ 0 and the standing wave voltage coefficient (VSWR) at the FC input.

Задачей заявляемого изобретения является создание новой структуры ФФ с улучшенными параметрами КСВН на входе ФК и максимального отклонения Δφ функции фазового сдвига от номинального значения φ0.The task of the invention is the creation of a new FF structure with improved VSWR parameters at the input of the FC and the maximum deviation Δφ of the phase shift function from the nominal value of φ 0 .

Техническим результатом заявляемого изобретения является уменьшение КСВН и уменьшение максимального отклонения Δφ функции фазового сдвига от номинального значения φ0.The technical result of the claimed invention is to reduce the VSWR and reduce the maximum deviation Δφ of the phase shift function from the nominal value of φ 0 .

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в ФФ СВЧ ФК выполнен в виде четырёхполюсника на ступенчато-неоднородных связанных ЛП, нагруженных в месте соединения короткозамкнутым шлейфом.The specified technical result is achieved due to the fact that in the FF microwave FC is made in the form of a four-terminal on a step-inhomogeneous coupled LP, loaded at the junction with a short-circuit loop.

Использование ступенчато-неоднородных связанных ЛП в ФК с короткозамкнутым шлейфом обеспечило неожиданный результат в виде значительного улучшения параметров по сравнению с многоэлементным фазовращателем на связанных однородных линиях со шлейфом, несмотря на то, что максимальное отклонение Δφ функции фазового сдвига от номинального значения φ0 в заданной полосе частот у многоэлементного ФФ существенно меньше, чем у ФФ на связанных ступенчато-неоднородных линиях с тем же числом отрезков связанных линий передачи (Meschanov V.P., Metelnikova I.V., Tupikin V.D., Chumaevskaya G.G. A new structure of microvave ultrawide-band differential phase shifter // IEEE Trans. 1994. V. MTT-42. № 5. P. 762). The use of stepwise inhomogeneous coupled LPs in a FC with a short-circuited loop provided an unexpected result in the form of a significant improvement in parameters compared to a multi-element phase shifter on connected homogeneous lines with a loop, despite the fact that the maximum deviation Δφ of the phase shift function from the nominal value φ 0 in a given band the frequencies of a multi-element FF is significantly less than that of a FF on connected stepwise inhomogeneous lines with the same number of segments of connected transmission lines (Meschanov VP, Metelnikova IV, Tupikin VD, Chumaevskaya GG A new structure of microvave ultrawide-band differential phase shifter // IEEE Trans. 1994. V. MTT-42. No. 5. P. 762).

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в фиксированном фазовращателе СВЧ, содержащем опорный канал и фазосдвигающий канал, выполненный в виде по крайней мере одного четырёхполюсника в виде отрезка связанных линий передачи с короткозамкнутым шлейфом, связанные линии передачи выполнены ступенчато-неоднородными.The essence of the claimed invention lies in the fact that in a fixed microwave phase shifter containing a reference channel and a phase-shifting channel made in the form of at least one four-terminal network in the form of a segment of coupled transmission lines with a short-circuited loop, the connected transmission lines are made stepwise inhomogeneous.

Кроме того, заявляется фиксированный фазовращатель СВЧ, в котором фазосдвигающий канал выполнен в виде двух идентичных четырёхполюсников, соединённых каскадно.In addition, a fixed microwave phase shifter is claimed in which the phase-shifting channel is made in the form of two identical four-terminal devices connected in cascade.

Кроме того, заявляется фиксированный фазовращатель СВЧ, в котором связанные линии передачи выполнены симметрично двухступенчатыми.In addition, a fixed microwave phase shifter is claimed in which the coupled transmission lines are symmetrically two-stage.

Кроме того, заявляется фиксированный фазовращатель СВЧ, в котором связанные линии передачи выполнены симметрично трёхступенчатыми.In addition, a fixed microwave phase shifter is claimed, in which the coupled transmission lines are symmetrically three-stage.

Осуществление заявляемого изобретения поясняется с помощью фиг. 1, 2, на которых изображены:The implementation of the claimed invention is illustrated using FIG. 1, 2, which depict:

на фиг. 1 – ФФ с ОК в виде отрезка однородной линии передачи и ФК в виде одного четырёхполюсника на двухступенчатых связанных линиях передачи со шлейфом;in FIG. 1 - FF with OK in the form of a segment of a homogeneous transmission line and FC in the form of one four-terminal on two-stage coupled transmission lines with a loop;

на фиг. 2 – ФФ с ОК в виде отрезка однородной линии передачи и ФК в виде двух включённых каскадно идентичных четырёхполюсников на двухступенчатых связанных линиях передачи со шлейфом.in FIG. 2 - FF with OK in the form of a segment of a homogeneous transmission line and FC in the form of two cascade-connected four-terminal circuits connected on two-stage coupled transmission lines with a loop.

Позициями 1-3 на фиг. 1-2 обозначены:Positions 1-3 in FIG. 1-2 are indicated:

1 - опорный канал;1 - reference channel;

2 – четырехполюсник;2 - four-terminal;

3 - короткозамкнутый шлейф.3 - a short-circuited loop.

Заявляемый ФФ СВЧ включает опорный канал (ОК) 1 и фазосдвигающий канал (ФК). ОК 1 выполнен в виде отрезка однородной одиночной ЛП. ФК выполнен в виде одного четырёхполюсника (фиг. 1) или в виде соединения выходного плеча первого из двух идентичных четырёхполюсников с входным плечом второго, т.е. каскадно соединённых двух идентичных четырехполюсников (фиг. 2). Каждый из четырёхполюсников выполнен из продольно симметричных двухступенчатых связанных ЛП с направленностью второго типа c короткозамкнутым шлейфом. Помимо двухступенчатой структуры может быть также использована трёхступенчатая.The inventive microwave filter includes a reference channel (OK) 1 and a phase-shifting channel (FC). OK 1 is made in the form of a segment of a homogeneous single LP. FC is made in the form of one four-terminal network (Fig. 1) or in the form of a connection of the output arm of the first of two identical four-terminal networks with the input arm of the second, i.e. cascadingly connected two identical four-terminal networks (Fig. 2). Each of the four-terminal networks is made of longitudinally symmetric two-stage coupled drugs with a directivity of the second type with a short-circuit loop. In addition to a two-stage structure, a three-stage can also be used.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

На входы ОК и ФК подают одинаковые сигналы. Сигналы на выходах ОК и ФК совпадают по амплитуде, а разность их фаз обеспечивается постоянной. The inputs OK and FC give the same signals. The signals at the outputs of OK and FC coincide in amplitude, and the difference in their phases is constant.

Для ФФ двух- и трёхступенчатой структур ФК в виде одного и двух четырёхполюсников была решена задача параметрической оптимизации одновременно фазочастотной характеристики (ФЧХ) фазовращателя и КСВН его фазосдвигающего канала с использованием среды проектирования AWR DE.For the FF of two- and three-stage FC structures in the form of one and two four-terminal devices, the problem of parametric optimization of simultaneously the phase-frequency characteristic (PFC) of the phase shifter and VSWR of its phase-shifting channel using the AWR DE design environment was solved.

В таблицах 1-4 приведены рассчитанные оптимальные параметры ФФ двух- и трёхступенчатой структур ФК в виде одного и двух четырёхполюсников для рабочей полосы частот [f1, f2] с коэффициентом перекрытия QUOTE

Figure 00000001
Figure 00000001
, равным 4. В таблицах использованы следующие обозначения: Δϕ - максимальное отклонение функции фазового сдвига от номинального значения ϕ0; QUOTE
Figure 00000002
Figure 00000002
- электрическая длина опорного канала (ОК), QUOTE
Figure 00000003
Figure 00000003
- длина ОК, нормированная на среднюю длину волны рабочего диапазона частот; QUOTE
Figure 00000004
Figure 00000004
– максимальное значение коэффициента стоячей волны напряжения на входе фазосдвигающего канала, Z0ei, Z0oi - волновые сопротивления чётного и нечётного типа возбуждения i-того отрезка связанных ЛП соответственно, i = 1, 2, 3; Zшл – волновое сопротивление шлейфа. Волновые сопротивления подводящих линий полагались равными 50 Ом.Tables 1–4 show the calculated optimal FF parameters for two- and three-stage FC structures in the form of one and two four-terminal devices for the working frequency band [f 1 , f 2 ] with the overlap coefficient QUOTE
Figure 00000001
Figure 00000001
equal to 4. The following notation is used in the tables: Δϕ is the maximum deviation of the phase shift function from the nominal value ϕ 0 ; QUOTE
Figure 00000002
Figure 00000002
- electric length of the reference channel (OK), QUOTE
Figure 00000003
Figure 00000003
- OK length, normalized to the average wavelength of the working frequency range; QUOTE
Figure 00000004
Figure 00000004
- the maximum value of the coefficient of the standing wave of voltage at the input of the phase-shifting channel, Z 0ei , Z 0oi are the wave resistances of the even and odd type of excitation of the i-th segment of coupled PL, respectively, i = 1, 2, 3; Z SHL - wave impedance of the loop. The wave impedances of the supply lines were set equal to 50 Ohms.

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Из таблиц 1-4 следует, что увеличение числа ступеней приводит к уменьшению отклонения фазочастотной характеристики ФФ от заданного номинального значения φ0 и уменьшению КСВН на входе ФК.From tables 1-4 it follows that an increase in the number of steps leads to a decrease in the deviation of the phase-frequency characteristic of the FS from a given nominal value φ 0 and to a decrease in VSWR at the input of the FC.

Claims (2)

1. Фиксированный фазовращатель СВЧ, содержащий опорный канал на одиночной линии передачи и фазосдвигающий канал, выполненный в виде, по крайней мере, одного четырехполюсника в виде отрезка связанных линий передачи, нагруженных в месте соединения короткозамкнутым шлейфом, отличающийся тем, что связанные линии передачи выполнены ступенчато-неоднородными.1. A fixed microwave phase shifter containing a reference channel on a single transmission line and a phase-shifting channel made in the form of at least one quadripole in the form of a segment of coupled transmission lines loaded at the junction with a short-circuit loop, characterized in that the connected transmission lines are made in steps heterogeneous. 2. Фиксированный фазовращатель СВЧ по п. 1, отличающийся тем, что фазосдвигающий канал выполнен в виде двух идентичных четырехполюсников, соединенных каскадно.2. The fixed microwave phase shifter according to claim 1, characterized in that the phase-shifting channel is made in the form of two identical four-terminal devices connected in cascade.
RU2015154776A 2015-12-21 2015-12-21 Fixed phase shift of microwave RU2619799C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154776A RU2619799C1 (en) 2015-12-21 2015-12-21 Fixed phase shift of microwave

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154776A RU2619799C1 (en) 2015-12-21 2015-12-21 Fixed phase shift of microwave

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2619799C1 true RU2619799C1 (en) 2017-05-18

Family

ID=58715799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015154776A RU2619799C1 (en) 2015-12-21 2015-12-21 Fixed phase shift of microwave

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2619799C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3146413A (en) * 1960-08-29 1964-08-25 Sanders Associates Inc Phase shifter
US3737810A (en) * 1969-05-05 1973-06-05 Radiation Systems Inc Wideband tem components
US6320481B1 (en) * 1999-06-11 2001-11-20 Trw Inc. Compact phase shifter circuit using coupled lines
US7164330B2 (en) * 2003-05-27 2007-01-16 Electronics And Telecommunications Research Institute Broadband phase shifter using coupled lines and parallel open/short stubs

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3146413A (en) * 1960-08-29 1964-08-25 Sanders Associates Inc Phase shifter
US3737810A (en) * 1969-05-05 1973-06-05 Radiation Systems Inc Wideband tem components
US6320481B1 (en) * 1999-06-11 2001-11-20 Trw Inc. Compact phase shifter circuit using coupled lines
US7164330B2 (en) * 2003-05-27 2007-01-16 Electronics And Telecommunications Research Institute Broadband phase shifter using coupled lines and parallel open/short stubs

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9698750B2 (en) Circuit
US20140253246A1 (en) Wideband doherty amplifier network
Yamamoto et al. Coupled nonuniform transmission line and its applications
JP6931051B2 (en) Microwave devices and methods for generating squeezed states of microwave fields, and methods for forming microwave devices
WO2015052838A1 (en) Decoupling circuit
RU2619799C1 (en) Fixed phase shift of microwave
JP6419944B2 (en) Wilkinson synthesizer and Wilkinson distributor
KR101636880B1 (en) 4 PORTS 2 SECTIONS 3-dB HYBRID COUPLER WITH ASYMMETRICAL TRANSMISSION LINES
WO2020082627A1 (en) Radio frequency phase shifter
RU2574471C1 (en) Multicomponent differential shf shifter
RU2621881C1 (en) Fixed microwave phase shifter
RU2601533C1 (en) Power divider
KR101665237B1 (en) Planar Type Magic-Tee
RU180138U1 (en) COMPACT THREE-LINE DIRECTED TAP
US20220077552A1 (en) Phase shifter
US2584600A (en) Radio-frequency phase shift network
US11038282B2 (en) Energy absorbing circuit
RU2534956C1 (en) BROADBAND π/2 PHASE CHANGER
JP6483394B2 (en) Branch line type directional coupling distributor
RU2474041C1 (en) Cophased power divider with unequal division
RU166050U1 (en) MULTI-DISCHARGE WIDE BAND DISCRETE SUPER HIGH FREQUENCY PHASE ROTARY
Almahroug et al. Non-Foster antenna matching networks using reflection-mode negative-group-delay networks
RU196284U1 (en) SYNTHETIC ANTI-PHASE RING BRIDGE
RU182106U1 (en) COMPACT RING BRIDGE
RU2592047C1 (en) Balancing device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181222