RU2621881C1 - Fixed microwave phase shifter - Google Patents

Fixed microwave phase shifter Download PDF

Info

Publication number
RU2621881C1
RU2621881C1 RU2016118657A RU2016118657A RU2621881C1 RU 2621881 C1 RU2621881 C1 RU 2621881C1 RU 2016118657 A RU2016118657 A RU 2016118657A RU 2016118657 A RU2016118657 A RU 2016118657A RU 2621881 C1 RU2621881 C1 RU 2621881C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transmission lines
segments
segment
phase
quote
Prior art date
Application number
RU2016118657A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Валентинович Алексеев
Александр Николаевич Ануфриев
Валерий Петрович Мещанов
Виктор Валерьевич Семенчук
Людмила Владимировна Шикова
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 RU2016118657A priority Critical patent/RU2621881C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2621881C1 publication Critical patent/RU2621881C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00—Networks using active elements
    • H03H11/02—Multiple-port networks
    • H03H11/16—Networks for phase shifting

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: device comprises a reference and a phase-shifting channels with feed lines, the reference channel being a segment of a homogeneous single transmission line, and the phase-shift channel being a four-port network formed by cascading an odd number of alternating segments of the connected transmission lines having the same coupling coefficients, and the unconnected transmission lines having the same wave impedances. The alternating segments are made of different electrical length, and the last is the segment of the connected transmission lines, the ends of which are connected by a segment of a single transmission line, which is a short-circuited loop. The electrical lengths of the segments of the transmission lines and the loop, as well as their wave resistance, are chosen proceeding from the problem solution of the parametric optimisation.
EFFECT: decreasing the maximum deviation of the Δϕ phase shift function from the nominal value ϕ0.
5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к устройствам на основе линий передачи с Т-волнами, обеспечивающим постоянный фазовый сдвиг между сигналом на выходе опорного канала (ОК) и сигналом на выходе фазосдвигающего канала (ФК)в широкой полосе частот, и может быть использовано в качестве базового элемента при создании различных устройств СВЧ.The invention relates to radio engineering, and in particular to devices based on transmission lines with T-waves, providing a constant phase shift between the signal at the output of the reference channel (OK) and the signal at the output of the phase-shifting channel (FC) in a wide frequency band, and can be used in as a basic element in the creation of various microwave devices.

Известен фиксированный фазовращатель (ФФ) СВЧ (Мещанов В.П., Метельникова И.В., Фокеев Л.Г. Оптимальный синтез ступенчатых фазовращателей II класса // РЭ. 1983. Т.28, №12. С.2341-2346), содержащий опорный канал и фазосдвигающий канал, при этом ОК выполнен в виде отрезка одиночной однородной линии передачи (ЛП), а ФК представляет собой связанные ступенчатые ЛП класса II (Мещанов В.П., Фельдштейн А.Л. Автоматизированное проектирование направленных ответвителей СВЧ. М.: Связь, 1980, 144 с.), у которых выходные плечи последнего отрезка связанных ЛП непосредственно соединены между собой. Как известно, связанные ступенчатые ЛП класса II образуются каскадным включением нечётного числа чередующихся отрезков однородных распределенно-связанных и несвязанных ЛП с различными электрическими длинами. Отрезки связанных ЛП имеют одинаковые коэффициенты связи, условия идеальной направленности и согласования предполагаются для них выполненными. Волновые сопротивления несвязанных ЛП полагаются равными волновому сопротивлению подводящих ЛП. Таким образом, фазосдвигающий канал в известном техническом решении теоретически является идеально согласованным.The known fixed phase shifter (FF) microwave (Meshchanov V.P., Metelnikova I.V., Fokeev L.G. Optimal synthesis of step phase shifters of class II // RE. 1983. V.28, No. 12. S.2341-2346) containing a reference channel and a phase-shifting channel, the OK is made in the form of a segment of a single homogeneous transmission line (LP), and the FC is a coupled class II LP (Meshchanov V.P., Feldstein A.L. Automated design of directional microwave couplers. M .: Svyaz, 1980, 144 p.), In which the output shoulders of the last segment of the associated drug are directly connected to dineny together. As is known, coupled step II class II drugs are formed by cascading an odd number of alternating segments of homogeneous distributed-connected and unconnected drugs with different electric lengths. The segments of coupled drugs have the same coupling coefficients, the conditions of ideal orientation and coordination are assumed to be fulfilled for them. The wave impedances of unrelated LPs are assumed to be equal to the wave resistance of the leading LPs. Thus, the phase-shifting channel in a known technical solution is theoretically perfectly consistent.

Недостатком известного технического решения является достаточно большая величина максимального отклонения Δφ функции фазового сдвига от номинального значения φ0. Кроме того, известное техническое решение характеризуется большой величиной коэффициента связи. Совокупность данных факторов не позволяет обеспечить высокую эффективность, компактность и технологичность устройства.A disadvantage of the known technical solution is a sufficiently large value of the maximum deviation Δφ of the phase shift function from the nominal value φ 0 . In addition, the known technical solution is characterized by a large value of the coupling coefficient. The combination of these factors does not allow for high efficiency, compactness and manufacturability of the device.

Известен фиксированный фазовращатель (Алексеев В.В., Мещанов В.В., Семенчук В.В., Шикова Л.В. Сверхширокополосные фиксированные фазовращатели на ступенчатых связанных линиях передачи со шлейфом//Радиотехника, 2015. №7. С. 26-30), содержащий ОК и ФК, при этом в качестве ФК использованы ступенчатые связанные ЛП класса I со шлейфом. Электрические длины отрезков связанных ЛП и шлейфа в них одинаковы и на центральной частоте равны 90°.Known fixed phase shifter (Alekseev V.V., Meshchanov V.V., Semenchuk V.V., Shikova L.V. Ultra-wide-band fixed phase shifters on stepped coupled transmission lines with a loop // Radio Engineering, 2015. No. 7. P. 26- 30), containing OK and FC, with the use of stepwise coupled class I drugs with a loop as a FC. The electric lengths of the segments of the coupled LPs and the loop in them are the same and equal to 90 ° at the center frequency.

Благодаря использованию шлейфа в фазосдвигающем канале удалось улучшить частотные характеристики ФФ. Тем не менее, большое число неоднородностей различного типа влечет повышенную сложность практической реализации устройства.Thanks to the use of the loop in the phase-shifting channel, it was possible to improve the frequency characteristics of the FF. However, a large number of heterogeneities of various types entails an increased complexity of the practical implementation of the device.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является ФФ (А.с. 1264251, СССР, Фазовращатель /Мещанов В.П., Метельникова И.В., Фокеев Л.Г., Шикова Л.В.//Открытия. Изобретения. 1986. №38. С.232), включающий опорный и фазосдвигающий каналы с подводящими линиями, при этом опорный канал выполнен в виде отрезка однородной одиночной линии передачи, а фазосдвигающий канал выполнен в виде четырехполюсника, образованного каскадным включением нечётного числа чередующихся отрезков связанных линий передачи, имеющих одинаковые коэффициенты связи, и несвязанных линий передачи, имеющих одинаковые волновые сопротивления, при этом чередующиеся отрезки выполнены различной электрической длины, а последним является отрезок связанных линий передачи. С целью улучшения условий практической реализации оптимальных частотных характеристик в ФК введен отрезок однородной одиночной ЛП конечной длины, соединяющий выходные плечи последнего отрезка связанных ЛП. Волновое сопротивление данного отрезка полагают равным волновому сопротивлению подводящих ЛП.The closest analogue to the claimed invention is FF (A.S. 1264251, USSR, Phase shifter / Meshchanov V.P., Metelnikova I.V., Fokeev L.G., Shikova L.V. // Discovery. Inventions. 1986. No. 38. C.232), including the reference and phase-shifting channels with supply lines, while the reference channel is made in the form of a segment of a homogeneous single transmission line, and the phase-shifting channel is made in the form of a four-terminal circuit formed by cascading an odd number of alternating segments of connected transmission lines having same coupling coefficients, and unrelated transmission lines having the same wave impedance, while alternating segments are made of different electrical lengths, and the last is a segment of connected transmission lines. In order to improve the conditions for the practical implementation of optimal frequency characteristics, a segment of a homogeneous single LP of finite length has been introduced in the FC, connecting the output shoulders of the last segment of connected LP. The wave impedance of this segment is assumed to be equal to the wave impedance of the supply LP.

Увеличение длины соединительного отрезка при решении задачи параметрической оптимизации фазочастотной характеристики (ФЧХ) фазовращателя позволяет получить фазочастотную характеристику, близкую к ФЧХ фазовращателя с нулевой длиной соединительного отрезка, но приводит к увеличению коэффициента связи в последнем отрезке и уменьшению его длины. Теоретически, в данном фазовращателе ФК является всепропускающим четырехполюсником. Однако на практике потенциальные возможности ФФ на основе всепропускающих четырёхполюсников не могут быть полностью реализованы из-за конструктивно-технологических ограничений при реализации средних и высоких значений коэффициентов связи. Кроме того, в связанных микрополосковых ЛП разница фазовых скоростей нормальных волн, распространяющихся в них, нарушает условия идеальной направленности и согласования.An increase in the length of the connecting segment when solving the problem of parametric optimization of the phase-frequency characteristic (PFC) of the phase shifter allows you to obtain a phase-frequency characteristic close to the phase response of the phase shifter with zero length of the connecting segment, but leads to an increase in the coupling coefficient in the last segment and a decrease in its length. Theoretically, in this phase shifter, the FC is an all-transmitting four-terminal. However, in practice, the potential capabilities of the FF based on all-through four-terminal devices cannot be fully realized due to structural and technological limitations in the implementation of medium and high values of coupling coefficients. In addition, in coupled microstrip LPs, the difference in the phase velocities of the normal waves propagating in them violates the conditions of ideal directivity and matching.

Задачей заявляемого изобретения является создание новой структуры ФФ с улучшенным параметром максимального отклонения Δφ функции фазового сдвига от номинального значения φ0 в широкой полосе частот.The objective of the invention is the creation of a new structure of the filter with an improved parameter of the maximum deviation Δφ of the phase shift function from the nominal value of φ 0 in a wide frequency band.

Техническим результатом заявляемого изобретения является уменьшение максимального отклонения Δφ функции фазового сдвига от номинального значения φ0. Кроме того, предлагаемое решение обеспечивает уменьшение значений коэффициентов связи в структуре фазовращателя, что упрощает его практическую реализацию.The technical result of the claimed invention is to reduce the maximum deviation Δφ of the phase shift function from the nominal value of φ 0 . In addition, the proposed solution provides a reduction in the values of the coupling coefficients in the structure of the phase shifter, which simplifies its practical implementation.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в ФФ СВЧ фазосдвигающий канал выполнен в виде четырёхполюсника на ступенчатых связанных линиях передачи класса II, нагруженных в месте соединения короткозамкнутым шлейфом, и использованием отрезков несвязанных ЛП с волновым сопротивлением, не равным волновому сопротивлению подводящих ЛП.The indicated technical result is achieved due to the fact that the phase-shifting channel in the FF microwave is made in the form of a four-terminal on class II stepwise coupled transmission lines loaded at the junction with a short-circuited loop, and using segments of unconnected PLs with wave impedance not equal to the wave impedance of the supply PLs.

Использование короткозамкнутого шлейфа и отрезков несвязанных ЛП с волновым сопротивлением, отличным от волнового сопротивления подводящих ЛП, приводящее к несогласованности структуры, позволило значительного улучшить параметры ФФ по сравнению с ФФ на связанных линиях передачи с согласованными нагрузками.The use of a short-circuited loop and segments of unconnected PLs with a wave impedance different from the wave impedance of the supply PLs, which leads to a structure inconsistency, made it possible to significantly improve the parameters of the FS compared to the FS on coupled transmission lines with matched loads.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в фиксированном фазовращателе СВЧ на линиях передачи с Т-волнами, содержащем опорный и фазосдвигающий каналы с подводящими линиями, при этом опорный канал выполнен в виде отрезка однородной одиночной линии передачи, а фазосдвигающий канал выполнен в виде четырехполюсника, образованного каскадным включением нечётного числа чередующихся отрезков связанных линий передачи, имеющих одинаковые коэффициенты связи, и несвязанных линий передачи, имеющих одинаковые волновые сопротивления, при этом чередующиеся отрезки выполнены различной электрической длины, а последним является отрезок связанных линий передачи, концы которого соединены отрезком одиночной линии передачи, согласно предлагаемому техническому решению отрезок, соединяющий концы последнего отрезка связанных линий передачи, представляет собой короткозамкнутый шлейф, при этом электрические длины отрезков линий передачи и шлейфа, а также их волновые сопротивления выбраны исходя из решения задачи параметрической оптимизации.The essence of the claimed invention lies in the fact that in a fixed microwave phase shifter on T-wave transmission lines containing a reference and phase-shifting channels with supply lines, the reference channel is made in the form of a segment of a uniform single transmission line, and the phase-shifting channel is made in the form of a four-terminal network, formed by cascading an odd number of alternating segments of connected transmission lines having the same coupling coefficients, and unconnected transmission lines having the same wave resistance I, while alternating segments are made of different electrical lengths, and the last is a segment of connected transmission lines, the ends of which are connected by a segment of a single transmission line, according to the proposed technical solution, the segment connecting the ends of the last segment of connected transmission lines is a short-circuited loop, while the electric lengths segments of transmission lines and a loop, as well as their wave impedances, are selected based on the solution of the parametric optimization problem.

Несвязанные линии передачи выполнены с волновым сопротивлением, отличным от волнового сопротивления подводящих линий. Unconnected transmission lines are made with a wave resistance different from the wave resistance of the supply lines.

Длины отрезков связанных линий передачи выполнены монотонно возрастающими в направлении шлейфа, а длины отрезков несвязанных линий передачи выполнены монотонно убывающими в том же направлении.The lengths of the segments of the connected transmission lines are monotonically increasing in the direction of the loop, and the lengths of the segments of the unconnected transmission lines are monotonously decreasing in the same direction.

Количество чередующихся отрезков может быть выбрано равным трем или пяти, при этом длины отрезков связаны соотношением QUOTE

Figure 00000001
Figure 00000001
или QUOTE
Figure 00000002
Figure 00000002
, соответственно, где QUOTE
Figure 00000003
Figure 00000003
– электрическая длина i-го отрезка на средней частоте рабочего диапазона частот, QUOTE
Figure 00000004
Figure 00000004
.The number of alternating segments can be selected equal to three or five, while the lengths of the segments are related by the ratio QUOTE
Figure 00000001
Figure 00000001
or QUOTE
Figure 00000002
Figure 00000002
, respectively, where QUOTE
Figure 00000003
Figure 00000003
- electric length of the i-th segment at the middle frequency of the operating frequency range, QUOTE
Figure 00000004
Figure 00000004
.

Осуществление заявляемого изобретения поясняется с помощью фиг. 1, на которой изображён ФФ с ОК в виде отрезка однородной линии передачи и ФК в виде четырехполюсника на трёхступенчатых связанных линиях передачи класса II со шлейфом.The implementation of the claimed invention is illustrated using FIG. 1, which shows a FS with an OK in the form of a segment of a homogeneous transmission line and a FC in the form of a four-terminal on three-stage coupled Class II transmission lines with a loop.

Позициями на чертеже обозначены:The positions in the drawing indicate:

1 - опорный канал,1 - reference channel

2 - четырехполюсник,2 - four-terminal,

3 - короткозамкнутый шлейф,3 - short-circuited loop,

4 - первый вход фазовращателя, являющийся входом ОК, 4 - the first input of the phase shifter, which is the input OK,

5 - первый выход фазовращателя, являющийся выходом ОК, 5 - the first output of the phase shifter, which is the output of OK,

6 - второй вход фазовращателя, являющийся входом ФК,6 - the second input of the phase shifter, which is the input of the FC,

7 - второй выход фазовращателя, являющийся выходом ФК,7 - the second output of the phase shifter, which is the output of the FC,

8,9 - отрезки связанных линий передачи,8.9 - segments of connected transmission lines,

10 - отрезок несвязанных линий передачи,10 - a segment of unconnected transmission lines,

11 - подводящие линии.11 - supply lines.

Фиксируемый фазовращатель СВЧ включает опорный канал 1 (компенсирующая линия) и фазосдвигающий канал (Фиг.1). Опорный канал 1 выполнен в виде отрезка однородной одиночной ЛП. Фазосдвигающий канал выполнен в виде четырёхполюсника 2, образованного из продольно симметричных ступенчатых связанных линий передачи класса II, нагруженного короткозамкнутым шлейфом 3. При этом четырехполюсник 2 представляет собой каскадное соединение чередующихся отрезков связанных линий передачи, имеющих одинаковые коэффициенты связи, и отрезков несвязанных линий передачи, имеющих одинаковые волновые сопротивления, отличные от волновых сопротивлений подводящих линий и уменьшающиеся с ростом ширины рабочей полосы частот. При этом число отрезков фазосдвигающего канала выбрано нечетным, а последним отрезком в цепочке является отрезок связанных линий передачи. Концы последнего отрезка связанных линий передачи соединены отрезком, выполненным в виде короткозамкнутого шлейфа 3. На Фиг.1 представлен частный вариант выполнения фазовращателя с тремя чередующимися отрезками ФК – отрезками 8, 9 связанных линий передачи и отрезком 10 несвязанных линий передачи, при этом концы отрезка 9 нагружены на короткозамкнутый шлейф 3. Шлейф 3 выполнен длиной, увеличивающейся с ростом номинального значения сдвига фазы, и с волновым сопротивлением, уменьшающимся с ростом номинального значения сдвига фазы.Fixed microwave phase shifter includes a reference channel 1 (compensating line) and a phase-shifting channel (Figure 1). The reference channel 1 is made in the form of a segment of a homogeneous single PL. The phase-shifting channel is made in the form of a four-terminal 2 formed of longitudinally symmetrical stepwise coupled Class II transmission lines loaded with a short-circuited loop 3. In this case, the four-terminal 2 is a cascade connection of alternating segments of connected transmission lines having the same coupling coefficients and segments of unconnected transmission lines having identical wave impedances, different from the wave impedances of the supply lines and decreasing with increasing width of the working frequency band. The number of segments of the phase-shifting channel is chosen odd, and the last segment in the chain is a segment of connected transmission lines. The ends of the last segment of connected transmission lines are connected by a segment made in the form of a short-circuited loop 3. Figure 1 shows a particular embodiment of a phase shifter with three alternating segments of FC - segments 8, 9 of connected transmission lines and segment 10 of unconnected transmission lines, while the ends of segment 9 loaded on a short-circuited loop 3. Loop 3 is made of a length that increases with increasing nominal value of the phase shift, and with wave impedance decreasing with increasing nominal value of the phase shift.

Вход и выход опорного канала 1 (начало и конец отрезка ОК 1) являются первым входом 4 и первым выходом 5 фазовращателя, соответственно. Второй вход 6 фазовращателя является входом фазосдвигающего канала, а второй выход 7 - выходом фазосдвигающего канала.The input and output of the reference channel 1 (the beginning and end of the segment OK 1) are the first input 4 and the first output 5 of the phase shifter, respectively. The second input 6 of the phase shifter is the input of the phase-shifting channel, and the second output 7 is the output of the phase-shifting channel.

Отрезки связанных линий передачи выполнены различной электрической длины, монотонно возрастающей по направлению к шлейфу, а отрезки несвязанных линий передачи выполнены различной электрической длины, монотонно убывающей по направлению к шлейфу. При этом для трёхступенчатой структуры ФК (при числе отрезковЛП в ФК равном трем) имеет место соотношение QUOTE

Figure 00000001
Figure 00000001
, а для пятиступенчатой структуры (при числе отрезков ЛП в ФК, равном пяти): QUOTE
Figure 00000002
Figure 00000002
, где QUOTE
Figure 00000003
Figure 00000003
– электрическая длина i-го отрезка (ступени) на средней частоте рабочего диапазона частот, QUOTE
Figure 00000004
Figure 00000004
. Электрические длины отрезков линий передачи и шлейфа, их волновые сопротивления выбраны из условия обеспечения заданного сдвига фаз и коэффициента стоячей волны напряжения на входе ФК. Для расчета электродинамических параметров предлагаемого фазовращателя были решены двухкритериальные минимаксные задачи.The segments of the connected transmission lines are made of various electric lengths, monotonously increasing in the direction of the cable, and the segments of unconnected transmission lines are made of different electric lengths, which monotonously decreases in the direction of the cable. In this case, for the three-stage structure of the FC (with the number of drug segments in the FC equal to three), the relation QUOTE
Figure 00000001
Figure 00000001
, and for a five-step structure (with the number of drug segments in the FC equal to five): QUOTE
Figure 00000002
Figure 00000002
where QUOTE
Figure 00000003
Figure 00000003
- electric length of the i-th segment (step) at the middle frequency of the operating frequency range, QUOTE
Figure 00000004
Figure 00000004
. The electric lengths of the segments of the transmission lines and the loop, their wave impedances are selected from the condition of ensuring a given phase shift and the coefficient of the standing voltage wave at the input of the FC. To calculate the electrodynamic parameters of the proposed phase shifter, two-criterion minimax problems were solved.

Заявляемый фазовращатель СВЧ может быть реализован на полосковых линиях передачи, а также микрополосковых линиях передачи с учетом полученных результатов в качестве начального приближения.The inventive microwave phase shifter can be implemented on strip transmission lines, as well as microstrip transmission lines, taking into account the results as an initial approximation.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

На входы 4, 6 фазовращателя в рабочей полосе частот подают равные по амплитуде и фазе СВЧ-сигналы, один из которых проходит через ОК 1, другой – через ФК. При этом первый сигнал проходит через ОК 1 и поступает на первый выход 5 фазовращателя с изменённой фазой. Второй сигнал проходит через ФК и поступает с измененной фазой на второй выход 7 фазовращателя. Разность фаз сигналов, прошедших ОК и ФК, определяет ФЧХ фазовращателя.The inputs 4, 6 of the phase shifter in the working frequency band are supplied with equal amplitude and phase microwave signals, one of which passes through OK 1, the other through FC. In this case, the first signal passes through OK 1 and enters the first output 5 of the phase shifter with the changed phase. The second signal passes through the FC and enters with the changed phase to the second output 7 of the phase shifter. The phase difference of the signals that have passed OK and FC determines the phase response of the phase shifter.

За счет подобранных значений длин отрезков связанных и несвязанных линий передачи ФК, компенсирующей линии и шлейфа, а также их волновых сопротивлений, на входе 6 ФК будет сигнал, удовлетворяющий заданным требованиям к коэффициенту стоячей волны напряжения КСВН на входе фазосдвигающего канала, а на выходах 5 и 7 фазовращателя будут сигналы, удовлетворяющие заданным требованиям к величине максимального отклонения разности между фазами сигналов от номинального значения.Due to the selected values of the lengths of the segments of the connected and unconnected transmission lines of the FC, the compensating line and the loop, as well as their wave impedances, at the input 6 of the FC there will be a signal that meets the specified requirements for the standing wave coefficient of the VSWR voltage at the input of the phase-shifting channel, and at the outputs 5 and 7 phase shifter will be signals that satisfy the specified requirements for the maximum deviation of the difference between the phases of the signals from the nominal value.

Для ФФ с трех- и пятиступенчатой структурами ФК были решены задачи параметрической оптимизации одновременно фазочастотной характеристики (ФЧХ) фазовращателя и КСВН на входе 6-го фазосдвигающего канала. При этом проекты схем фазовращателя для числа ступеней m=3, 5 были созданы в пакете программ Microwave Office 2010 фирмы Applied Wave Research (AWR), предназначенной для проектирования устройств СВЧ. Для каждого номинального значения ϕ0 сдвига фазы (ϕ0=45°, 67.5°, 90°) и диапазонов частот [f1, f2] с коэффициентом перекрытия

Figure 00000005
=2; 2.5; 3 (для m=3) и κ=3; 3.5; 4 (для m=5) были решены двухкритериальные минимаксные задачи (1). Средняя частота рабочей полосы частот fср=(f2+f1)/2 полагалась равной 1 ГГц.For a phase filter with three- and five-stage FC structures, the problems of parametric optimization of simultaneously the phase-frequency characteristic (PFC) of the phase shifter and VSWR at the input of the 6th phase-shifting channel were solved. Moreover, designs of phase shifter circuits for the number of steps m = 3, 5 were created in the Microwave Office 2010 software package of the company Applied Wave Research (AWR), designed for the design of microwave devices. For each nominal value ϕ 0 of the phase shift (ϕ 0 = 45 °, 67.5 °, 90 °) and frequency ranges [f 1 , f 2 ] with an overlap factor
Figure 00000005
 = 2; 2.5; 3 (for m = 3) and κ = 3; 3.5; 4 (for m = 5), two-criterion minimax problems (1) were solved. The average frequency of the working frequency band fav = (f 2 + f 1 ) / 2 was assumed to be equal to 1 GHz.

При подаче на входы ОК и ФК фазовращателя синфазных волн одинаковой амплитуды в выходных плечах ОК и ФК на частоте f волны будут сдвинуты по фазе на угол QUOTE

Figure 00000006
Figure 00000006
, где QUOTE
Figure 00000007
Figure 00000007
- набег фазы в ОК на частоте f; QUOTE
Figure 00000008
Figure 00000008
- набег фазы в ФК на частоте f ; QUOTE
Figure 00000009
Figure 00000009
– вектор варьируемых параметров: QUOTE
Figure 00000003
Figure 00000003
– электрическая длина i-й ступени (отрезков однородных связанных и несвязанных ЛП) на средней частоте fср рабочего диапазона частот, QUOTE
Figure 00000010
Figure 00000010
; θОК - электрическая длина опорного канала на fср; θшл - электрическая длина шлейфа на fср; z0e, z0o – волновые сопротивления четного и нечетного типа возбуждения отрезков однородных связанных ЛП, zод – волновое сопротивление отрезков однородных несвязанных ЛП, zшл – волновое сопротивление шлейфа. Волновое сопротивление подводящих линий полагалось равным 50 Ом.When a common-mode phase shifter of the same amplitude is fed to the OK and FC inputs at the output arms of the OK and FC waves at a frequency f, the waves will be shifted in phase by the angle QUOTE
Figure 00000006
Figure 00000006
where QUOTE
Figure 00000007
Figure 00000007
- phase incursion in OK at a frequency f; QUOTE
Figure 00000008
Figure 00000008
- phase incursion in the FC at a frequency f; QUOTE
Figure 00000009
Figure 00000009
- vector of variable parameters: QUOTE
Figure 00000003
Figure 00000003
- the electric length of the i-th stage (segments of homogeneous coupled and unconnected drugs) at the average frequency fav the working frequency range, QUOTE
Figure 00000010
Figure 00000010
; θ OK - the electrical length of the reference channel on fav; θ Шл - electric loop length on fav; z 0e , z 0o are the wave resistances of the even and odd type of excitation of the segments of homogeneous coupled LPs, z od is the wave resistance of the segments of homogeneous unbound LPs, zsl is the wave impedance of the loop. The impedance of the supply lines was assumed to be 50 Ohms.

Постановка двухкритериальных минимаксных задач – найти вектор варьируемых параметров QUOTE

Figure 00000009
Figure 00000009
, при котором достигаются:Statement of two-criterion minimax problems - find the vector of variable parameters QUOTE
Figure 00000009
Figure 00000009
at which are achieved:

Figure 00000011
Figure 00000011

где ϕ0 – номинальное значение фазового сдвига.where ϕ 0 is the nominal value of the phase shift.

Задачи решались в пакете программ Microwave Office 2010 (AWR) с помощью симплексного метода оптимизации Nelder-Mead(Nelder J.A., Mead R. A simplex method for function minimization. Comp. J., 7. 1965, pp. 308-313).The problems were solved in the Microwave Office 2010 (AWR) software package using the Nelder-Mead simplex optimization method (Nelder J.A., Mead R. A simplex method for function minimization. Comp. J., 7. 1965, pp. 308-313).

В таблицах 1-2 приведены рассчитанные оптимальные параметры ФФ трех- и пятиступенчатой структур ФК для рабочей полосы частот [f1, f2] с коэффициентом перекрытия κ=3 (

Figure 00000012
). В таблицах использованы следующие обозначения: ϕ0 – номинальное значение фазового сдвига; Δϕ - максимальное отклонение функции фазового сдвига от номинального значения ϕ0; QUOTE
Figure 00000013
Figure 00000013
– максимальное значение коэффициента стоячей волны напряжения на входе фазосдвигающего канала; QUOTE
Figure 00000014
Figure 00000014
- электрическая длина опорного канала (ОК) на средней частоте рабочего диапазона частот; QUOTE
Figure 00000015
Figure 00000015
- длина ОК, нормированная на среднюю длину волны рабочего диапазона частот, QUOTE
Figure 00000003
Figure 00000003
– электрическая длина i-й ступени на средней частоте рабочего диапазона частот, QUOTE
Figure 00000010
Figure 00000010
, m=3, 5; QUOTE
Figure 00000016
Figure 00000016
– электрическая длина шлейфа на средней частоте рабочего диапазона частот, z0e, z0o – волновые сопротивления четного и нечетного типа возбуждения отрезков связанных ЛП, zод – волновое сопротивление отрезков несвязанных ЛП,zшл – волновое сопротивление шлейфа, k – коэффициент связи.Tables 1-2 show the calculated optimal FF parameters of the three- and five-stage FC structures for the working frequency band [f 1 , f 2 ] with the overlap coefficient κ = 3 (
Figure 00000012
 ) The following notation is used in the tables: ϕ 0 is the nominal value of the phase shift; Δϕ is the maximum deviation of the phase shift function from the nominal value ϕ 0 ; QUOTE
Figure 00000013
Figure 00000013
- the maximum value of the coefficient of a standing wave of voltage at the input of the phase-shifting channel; QUOTE
Figure 00000014
Figure 00000014
- the electrical length of the reference channel (OK) at the middle frequency of the operating frequency range; QUOTE
Figure 00000015
Figure 00000015
- OK length, normalized to the average wavelength of the working frequency range, QUOTE
Figure 00000003
Figure 00000003
- electric length of the i-th stage at the middle frequency of the operating frequency range, QUOTE
Figure 00000010
Figure 00000010
m = 3, 5; QUOTE
Figure 00000016
Figure 00000016
Is the electric length of the loop at the middle frequency of the operating frequency range, z 0e , z 0o are the wave resistances of the even and odd type of excitation of the segments of coupled drugs, z od is the wave resistance of the segments of unconnected drugs, zsl is the wave resistance of the cable, k is the coupling coefficient.

В таблице 3 приведена сравнительная оценка основных характеристик трехступенчатых (пятиступенчатых) структур прототипа и предлагаемых для ϕ0=90° и κ=3 (κ=4).Table 3 shows a comparative assessment of the main characteristics of the three-stage (five-stage) structures of the prototype and proposed for ϕ 0 = 90 ° and κ = 3 (κ = 4).

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

Из таблиц 1-3 следует: From tables 1-3 it follows:

1. Увеличение числа ступеней приводит к уменьшению отклонения фазочастотной характеристики ФФ от заданного номинального значения φ0 и уменьшению КСВН на входе ФК.1. 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.

2. Фазовращатели на основе связанных ЛП класса II со шлейфом и несвязанными ЛП с волновым сопротивлением, неравным волновому сопротивлению подводящих ЛП, характеризуются существенно меньшими отклонениями ФЧХ от номинального значения сдвига фазы ц0. Их практическая реализация упрощается, поскольку значения коэффициентов связи в этих структурах значительно меньше, чем у прототипа.2. Phase shifters based on coupled Class II PLs with a loop and unrelated PLs with wave impedance unequal to the wave impedance of the supply PLs are characterized by significantly smaller deviations of the phase response from the nominal value of the phase shift 0 0 . Their practical implementation is simplified, since the values of the coupling coefficients in these structures are significantly less than that of the prototype.

Claims (5)

1. Фиксированный фазовращатель СВЧ на линиях передачи с Т-волнами, содержащий опорный и фазосдвигающий каналы с подводящими линиями, при этом опорный канал выполнен в виде отрезка однородной одиночной линии передачи, а фазосдвигающий канал выполнен в виде четырехполюсника, образованного каскадным включением нечетного числа чередующихся отрезков связанных линий передачи, имеющих одинаковые коэффициенты связи, и несвязанных линий передачи, имеющих одинаковые волновые сопротивления, при этом чередующиеся отрезки выполнены различной электрической длины, а последним является отрезок связанных линий передачи, концы которого соединены отрезком одиночной линии передачи, отличающийся тем, что отрезок, соединяющий концы последнего отрезка связанных линий передачи представляет собой короткозамкнутый шлейф, при этом электрические длины отрезков линий передачи и шлейфа, а также их волновые сопротивления выбраны исходя из решения задачи параметрической оптимизации.1. A fixed microwave phase shifter on transmission lines with T-waves, containing the reference and phase-shifting channels with supply lines, the reference channel being made in the form of a segment of a uniform single transmission line, and the phase-shifting channel made in the form of a four-terminal circuit formed by cascading an odd number of alternating segments connected transmission lines having the same coupling coefficients and unconnected transmission lines having the same wave impedance, while alternating segments are made of different electric length, and the last is a segment of connected transmission lines, the ends of which are connected by a segment of a single transmission line, characterized in that the segment connecting the ends of the last segment of connected transmission lines is a short-circuited loop, while the electric lengths of the segments of transmission lines and a loop, as well as their wave impedances are selected based on the solution of the parametric optimization problem. 2. Фиксированный фазовращатель СВЧ по п.1, отличающийся тем, что несвязанные линии передачи выполнены с волновым сопротивлением, отличным от волнового сопротивления подводящих линий.2. The fixed microwave phase shifter according to claim 1, characterized in that the unconnected transmission lines are made with a wave impedance different from the wave impedance of the supply lines. 3. Фиксированный фазовращатель СВЧ по п.1, отличающийся тем, что длины отрезков связанных линий передачи выполнены монотонно возрастающими в направлении шлейфа, а длины отрезков несвязанных линий передачи выполнены монотонно убывающими в том же направлении.3. The fixed microwave phase shifter according to claim 1, characterized in that the lengths of the segments of the connected transmission lines are monotonically increasing in the direction of the loop, and the lengths of the segments of the unconnected transmission lines are monotonically decreasing in the same direction. 4. Фиксированный фазовращатель СВЧ по п.1, отличающийся тем, что количество чередующихся отрезков выбрано равным трем, при этом длины отрезков связаны соотношением QUOTE
Figure 00000020
Figure 00000020
, где QUOTE
Figure 00000021
Figure 00000021
– электрическая длина i-го отрезка на средней частоте рабочего диапазона частот, QUOTE
Figure 00000022
Figure 00000022
.4. The fixed microwave phase shifter according to claim 1, characterized in that the number of alternating segments is chosen equal to three, while the lengths of the segments are connected by the ratio QUOTE
Figure 00000020
Figure 00000020
where QUOTE
Figure 00000021
Figure 00000021
- electric length of the i-th segment at the middle frequency of the operating frequency range, QUOTE
Figure 00000022
Figure 00000022
. 5. Фиксированный фазовращатель СВЧ по п.1, отличающийся тем, что количество чередующихся отрезков выбрано равным пяти, при этом длины отрезков связаны соотношением QUOTE
Figure 00000023
Figure 00000023
, где QUOTE
Figure 00000021
Figure 00000021
– электрическая длина i-го отрезка на средней частоте рабочего диапазона частот, QUOTE
Figure 00000024
Figure 00000024
.5. The fixed microwave phase shifter according to claim 1, characterized in that the number of alternating segments is chosen equal to five, while the lengths of the segments are connected by the ratio QUOTE
Figure 00000023
Figure 00000023
where QUOTE
Figure 00000021
Figure 00000021
- electric length of the i-th segment at the middle frequency of the operating frequency range, QUOTE
Figure 00000024
Figure 00000024
.
RU2016118657A 2016-05-13 2016-05-13 Fixed microwave phase shifter RU2621881C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016118657A RU2621881C1 (en) 2016-05-13 2016-05-13 Fixed microwave phase shifter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016118657A RU2621881C1 (en) 2016-05-13 2016-05-13 Fixed microwave phase shifter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2621881C1 true RU2621881C1 (en) 2017-06-07

Family

ID=59032048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016118657A RU2621881C1 (en) 2016-05-13 2016-05-13 Fixed microwave phase shifter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2621881C1 (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
US7132906B2 (en) Coupler having an uncoupled section
Schiek et al. A method for broad-band matching of microstrip differential phase shifters
US8373521B2 (en) Planar structure microwave signal multi-distributor
WO2015052838A1 (en) Decoupling circuit
RU2621881C1 (en) Fixed microwave phase shifter
CN107196033B (en) Directional coupler with unequal power division
JP2014155054A (en) Directional coupler
JP5548653B2 (en) Planar asymmetric crossover coupler
RU2619799C1 (en) Fixed phase shift of microwave
CN103151594B (en) A kind of directional coupler
RU2574471C1 (en) Multicomponent differential shf shifter
CN105514563B (en) Branch line type directional coupling distributor
KR101665237B1 (en) Planar Type Magic-Tee
KR20100041248A (en) Rf power divider
RU2799991C1 (en) Microstrip fixed uhf phase shifter
GB2525844A (en) Microwave signal splitter with phase reversal of one output
RU2246780C1 (en) Differential microwave phase shifter
RU2251765C2 (en) Differential microwave phase shifter
RU2717386C1 (en) Spiral ultra-wideband microstrip quadrature directional coupler
RU34036U1 (en) FIXED PHASE ROTARY FIXED
US20140199026A1 (en) Waveguide power combiner/splitter
RU31690U1 (en) FIXED Microwave Phaser
RU41921U1 (en) FIXED Microwave Phaser
RU2274931C1 (en) Fixed microwave phase shifter
RU2174729C2 (en) Stripline directional coupler

Legal Events

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

Effective date: 20180514