RU2744053C1 - Discrete microwave phase shifter on micro-strip transmission lines - Google Patents

Discrete microwave phase shifter on micro-strip transmission lines Download PDF

Info

Publication number
RU2744053C1
RU2744053C1 RU2020119988A RU2020119988A RU2744053C1 RU 2744053 C1 RU2744053 C1 RU 2744053C1 RU 2020119988 A RU2020119988 A RU 2020119988A RU 2020119988 A RU2020119988 A RU 2020119988A RU 2744053 C1 RU2744053 C1 RU 2744053C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
loop
diode
pin
phase shifter
microwave
Prior art date
Application number
RU2020119988A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лариса Ивановна Трухляева
Виктор Михайлович Кузьменков
Александр Игоревич Оськин
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова"
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 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова"
Priority to RU2020119988A priority Critical patent/RU2744053C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2744053C1 publication Critical patent/RU2744053C1/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
    • H01P1/185—Phase-shifters using a diode or a gas filled discharge tube

Landscapes

  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Abstract

FIELD: microwave radio engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of microwave radio engineering and can be used for discrete control of microwave signal phase, in particular in phased antenna lattice with electronic beam control. Discrete microwave phase shifter on micro-strip transmission lines contains the pin-diode loop category, that is implemented on two series-connected pin diodes, the first of which is connected in series to the main transmission line, the anode of the second one is connected to the middle of the loop, and its cathode to a short-circuited matching loop, four capacitors, the first of which is installed in a loop, the second is on the first input-output of the device, the third is on its second input-output, the fourth is connected to the housing. In the gap of short-circuited matching loop, by wave resistance of 90 to 100 Ohm, the third diode is entered, connected to the fourth capacitor and the cathode of the second diode. The anode of the first pin-diode is connected to the noise filter, which is connected to the housing, and pin-diode loop discharge is performed with a connection to the loop with length of λ/32.
EFFECT: technical result is a reduction in the phase setting error.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и может быть использовано для дискретного управления фазой СВЧ сигналов, в частности, в фазированных антенных решетках с электронным управлением луча.The invention relates to the field of microwave radio engineering and can be used for discrete control of the phase of microwave signals, in particular, in phased antenna arrays with electronic beam control.

Известен фазовращатель (см., Обзоры по электронной технике, серия 2 Полупроводниковые приборы, выпуск 1 (354), Дискретные микрополосковые фазовращатели на pin-диодах. М.: ЦНИИ Электроника, 1976, с. 28), который содержит два диода: один включен последовательно в основную линию передачи, а второй подключен к середине петли. Последовательно со вторым диодом включен короткозамкнутый шлейф. На оба диода подается либо положительное либо отрицательное напряжения смещения. Для развязки по постоянному току используется четвертьволновый шлейф и два конденсатора. При положительном смещении на диодах СВЧ сигнал проходит по основной линии передачи. При этом половина петли с короткозамкнутым шлейфом образует шлейф, длиной λ/4, который не влияет на прохождение СВЧ сигнала. При отрицательном или нулевом напряжении смещения СВЧ сигнал проходит по петле, длина которой определяет величину фазового сдвига.Known phase shifter (see, Reviews on electronic engineering, series 2 Semiconductor devices, issue 1 (354), Discrete microstrip phase shifters on pin diodes. M .: TsNII Electronics, 1976, p. 28), which contains two diodes: one is included serially into the main transmission line, and the second is connected to the middle of the loop. A short-circuited loop is connected in series with the second diode. Both diodes are supplied with either positive or negative bias voltages. For DC decoupling, a quarter-wave stub and two capacitors are used. With a positive bias across the microwave diodes, the signal travels along the main transmission line. In this case, half of the loop with a short-circuited loop forms a loop, λ / 4 length, which does not affect the passage of the microwave signal. With a negative or zero bias voltage, the microwave signal travels through a loop, the length of which determines the amount of phase shift.

Известен дискретный фазовращатель (см., SU №1822612 МПК Н01Р 01/18, публикация от 20.05.1995), содержащий полосковую линию передачи, сигнальный провод которой выполнен в виде петли, причем в основании и вершине петли соответственно размещены первый коммутирующий pin-диод, разомкнутый шлейф и отрезок проводника длинами меньше λ/4, выход которого соединен с короткозамкнутым и разомкнутым шлейфами с суммарной длиной равной λ/4, который связан через второй коммутирующий pin-диод с короткозамкнутым шлейфом.A discrete phase shifter is known (see, SU No. 1822612 IPC N01R 01/18, publication dated 20.05.1995), containing a strip transmission line, the signal wire of which is made in the form of a loop, and at the base and top of the loop, respectively, placed the first switching pin diode, open loop and a section of conductor with lengths less than λ / 4, the output of which is connected to short-circuited and open loops with total length equal to λ / 4, which is connected through the second switching pin-diode with a short-circuited loop.

Известен дискретный СВЧ фазовращатель (см., патент RU №2658502 МПК Н01Р 01/185, публикация от 21.06.2018) с возможностью реализовать дискреты до 45° проходного типа, содержащий отрезок линии передачи и переключательный диод. Центральный проводник отрезка выполнен с продольным зазором, разделяющим его на два параллельно соединенных проводника, один из которых также разделен поперечным зазором на две части, соединенные через переключательный элемент.A discrete microwave phase shifter is known (see, patent RU No. 2658502 IPC N01R 01/185, publication dated 06.21.2018) with the ability to realize discrete samples up to 45 ° of the through-type, containing a segment of the transmission line and a switching diode. The central conductor of the segment is made with a longitudinal gap dividing it into two parallel-connected conductors, one of which is also divided by a transverse gap into two parts connected through a switching element.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является фазовращатель с высокоомным шлейфом, реализованный на основе петлевого разряда 45° (см. Чижов А.И. Метод кратных импедансов в исследовании СВЧ цепей. М: Радиотехника, 2014, с. 151). В качестве переключающих элементов в схеме применены два pin-диода, подключенных последовательно к источнику управляющего сигнала. Гальваническая развязка от входа и выхода устройства обеспечивается керамическими конденсаторами.The closest in technical essence and the achieved result is a phase shifter with a high-resistance loop, implemented on the basis of a 45 ° loop discharge (see AI Chizhov Method of multiple impedances in the study of microwave circuits. M: Radiotekhnika, 2014, p. 151). Two pin diodes connected in series to the control signal source are used as switching elements in the circuit. Galvanic isolation from the input and output of the device is provided by ceramic capacitors.

Недостатками известных технических решений является то, что фазовращатель L-диапазона малого дискрета фазового сдвига (11,25°) именно в таком исполнении не удалось получить с наилучшими характеристиками (минимальными фазовыми ошибками, потерями, КСВН) в полосе частот ±10%.The disadvantages of the known technical solutions is that the phase shifter of the L-band of a small discrete phase shift (11.25 °) in this particular version could not be obtained with the best characteristics (minimum phase errors, losses, VSWR) in a frequency band of ± 10%.

Техническим результатом изобретения является уменьшение ошибок установки фазы (±1° в диапазоне частот ±10%) малогабаритного микрополоскового фазовращателя разряда 11,25°.The technical result of the invention is to reduce the errors of the phase setting (± 1 ° in the frequency range ± 10%) of the small-sized microstrip phase shifter of the 11.25 ° discharge.

Указанный технический результат достигается тем, что дискретный СВЧ фазовращатель на микрополосковых линиях передачи, содержащий pin-диодный петлевой разряд, реализованный на последовательно соединенных двух pin-диодах, анод второго pin-диода подключен к середине петли, а его катод к короткозамкнутому согласующему шлейфу, четырех конденсаторах, первый из которых установлен в петле, второй на первом входе-выходе устройства, третий на его втором входе-выходе, четвертый подключен к корпусу, первый pin-диод включен последовательно в основную линию передачи, в разрыв короткозамкнутого согласующего шлейфа с волновым сопротивлением от 90 до 100 Ом дополнительно введен третий pin-диод, соединенный с четвертым конденсатором и катодом второго pin-диода, причем анод первого pin-диода соединен с помехоподавляющим фильтром, подключенным к корпусу, а pin-диодный петлевой разряд выполнен со связью в петле длиной λ/32.The specified technical result is achieved by the fact that a discrete microwave phase shifter on microstrip transmission lines containing a pin diode loop discharge implemented on two pin diodes connected in series, the anode of the second pin diode is connected to the middle of the loop, and its cathode is connected to a short-circuited matching loop, four capacitors, the first of which is installed in the loop, the second at the first input-output of the device, the third at its second input-output, the fourth is connected to the case, the first pin diode is connected in series to the main transmission line, into the gap of the short-circuited matching loop with a characteristic impedance from 90 to 100 Ohm, a third pin diode is additionally introduced, connected to the fourth capacitor and the cathode of the second pin diode, and the anode of the first pin diode is connected to a noise suppression filter connected to the body, and the pin diode loop discharge is made with a connection in a loop of length λ / 32.

До настоящего времени не удавалось микрополосковый фазовращатель L-диапазона с фазовым сдвигом 11,25° выполнить по петлевой схеме с электромагнитной связью в петле с хорошими характеристиками, поскольку из-за малых размеров петли наблюдалось переотражение СВЧ сигнала и возникновение резонансов. Использование связи в петле, включение в схему дополнительного диода и помехоподавляющего фильтра, а также правильно подобранные размеры проводников позволили избавиться от этих проблем и добиться требуемых характеристик.Until now, it has not been possible to perform an L-band microstrip phase shifter with a phase shift of 11.25 ° according to a loop circuit with electromagnetic coupling in a loop with good characteristics, since, due to the small size of the loop, re-reflection of the microwave signal and the appearance of resonances were observed. The use of communication in the loop, the inclusion of an additional diode and an interference suppression filter in the circuit, as well as correctly sized conductors made it possible to get rid of these problems and achieve the required characteristics.

На фигуре 1 приведена электрическая схема, иллюстрирующая предлагаемое техническое решение.Figure 1 shows an electrical diagram illustrating the proposed technical solution.

На фигуре 2 показан пример выполнения дискретного СВЧ фазовращателя на микрополосковых линиях передачи.Figure 2 shows an example of a discrete microwave phase shifter on microstrip transmission lines.

Дискретный СВЧ фазовращатель на микрополосковых линиях передачи состоит из контакта 1, цепи подключения помехоподавляющего фильтра к корпусу 2, короткозамкнутого согласующего шлейфа 3, основной микрополосковой линии передачи (основная линия заштрихована), включающей петлю со связью длиной λ/32 4, C1-С4 - первого, второго, третьего и четвертого конденсаторов, VD1-VD3 - первого, второго и третьего pin-диодов, ZR1 - первого помехоподавляющего фильтра.A discrete microwave phase shifter on microstrip transmission lines consists of contact 1, a circuit for connecting an interference filter to the housing 2, a short-circuited matching loop 3, a main microstrip transmission line (the main line is shaded), including a loop with a connection length λ / 32 4, C 1 -C 4 - the first, second, third and fourth capacitors, VD 1 -VD 3 - the first, second and third pin-diodes, ZR 1 - the first noise suppression filter.

Дискретный СВЧ фазовращатель выполнен на pin-диодах одного типа (VD1-VD3).Discrete microwave phase shifter is made on pin diodes of the same type (VD 1 -VD 3 ).

В цепи управления pin-диодами, на входе и выходе фазовращателя в качестве блокировочных и разделительных емкостей используются, например, бескорпусные конденсаторы одного типа (C1-C4).In the pin diode control circuit, at the input and output of the phase shifter, for example, unpackaged capacitors of the same type (C 1 -C 4 ) are used as blocking and separating capacitors.

Для разделения по СВЧ основной линии передачи с цепью управления используется помехоподавляющий фильтр (ZR1).For microwave separation of the main transmission line with the control circuit, an interference suppression filter (ZR 1 ) is used.

Работа дискретного СВЧ фазовращателя на микрополосковых линиях передачи осуществляется следующим образом.The operation of a discrete microwave phase shifter on microstrip transmission lines is carried out as follows.

Все pin-диоды VD1-VD3 открываются одновременно отрицательным напряжением.All pin diodes VD 1 -VD 3 open simultaneously with a negative voltage.

При подаче положительного напряжения на контакт 1 все pin-диоды фазовращателя закрыты и СВЧ сигнал проходит по основной линии передачи, включая петлю 4 (см. фиг. 2, основная линия передачи заштрихована). Получаем фазу 0°.When a positive voltage is applied to pin 1, all pin diodes of the phase shifter are closed and the microwave signal passes through the main transmission line, including loop 4 (see Fig. 2, the main transmission line is shaded). We get a phase of 0 °.

При подаче отрицательного напряжения на контакт 1 открываются все pin-диоды и СВЧ сигнал через pin-диод VD1 проходит по основной линии передачи, исключая петлю 4. Путь сократился, получаем фазу плюс 11,25°. При этом цепь от pin-диода VD1 до заземленного конденсатора С4 (петля, конденсатор С1, pin-диод VD2, отрезок согласующего шлейфа, pin-диод VD3, отрезок согласующего шлейфа, заземленный конденсатор С4) имеет электрическую длину λ/4, трансформирует XX в точку pin-диода VD1 и не влияет на прохождение СВЧ сигнала по основной линии передачи.When a negative voltage is applied to pin 1, all pin diodes are opened and the microwave signal through the pin diode VD 1 passes through the main transmission line, excluding loop 4. The path is reduced, we get a phase of plus 11.25 °. In this case, the circuit from the pin diode VD 1 to the grounded capacitor C 4 (loop, capacitor C 1 , pin diode VD 2 , a segment of the matching loop, pin diode VD 3 , a segment of the matching loop, grounded capacitor C 4 ) has an electrical length λ / 4, transforms XX into the point of the pin diode VD1 and does not affect the passage of the microwave signal along the main transmission line.

Полученные результаты технического решения:The obtained results of the technical solution:

- полоса рабочих частот ΔF/F0, %, ±10;- operating frequency band ΔF / F 0 ,%, ± 10;

- средние потери, дБ, <0,25;- average losses, dB, <0.25;

- средний ток потребления на разряд, мА, 60;- average current consumption per discharge, mA, 60;

- ошибка установки фазы ±1%;- phase setting error ± 1%;

- габариты (Д×Ш×Т), мм3, (10×20×1).- dimensions (L × W × T), mm 3 , (10 × 20 × 1).

Технико-экономическим достоинством предлагаемого технического решения является создание малогабаритного микрополосного СВЧ фазовращателя, обеспечивающего сдвиг фазы 11,25° при минимальных ошибках установки фазы.The technical and economic advantage of the proposed technical solution is the creation of a small-sized microband microwave phase shifter, providing a phase shift of 11.25 ° with minimal phase setting errors.

Claims (1)

Дискретный СВЧ-фазовращатель на микрополосковых линиях передачи, содержащий pin-диодный петлевой разряд, реализованный на последовательно соединенных двух pin-диодах, анод второго pin-диода подключен к середине петли, а его катод к короткозамкнутому согласующему шлейфу, четырех конденсаторах, первый из которых установлен в петле, второй на первом входе-выходе устройства, третий на его втором входе-выходе, четвертый подключен к корпусу, отличающийся тем, что первый pin-диод включен последовательно в основную линию передачи, в разрыв короткозамкнутого согласующего шлейфа с волновым сопротивлением от 90 до 100 Ом введен третий pin-диод, соединенный с четвертым конденсатором и катодом второго pin-диода, причем анод первого pin-диода соединен с помехоподавляющим фильтром, подключенным к корпусу, а pin-диодный петлевой разряд выполнен со связью в петле длиной λ/32.Discrete microwave phase shifter on microstrip transmission lines containing a pin-diode loop discharge implemented on two pin-diodes connected in series, the anode of the second pin-diode is connected to the middle of the loop, and its cathode is connected to a short-circuited matching loop, four capacitors, the first of which is installed in the loop, the second at the first input-output of the device, the third at its second input-output, the fourth is connected to the case, characterized in that the first pin diode is connected in series to the main transmission line, into the gap of the short-circuited matching loop with a characteristic impedance of 90 to 100 Ohm, a third pin diode is introduced, connected to the fourth capacitor and the cathode of the second pin diode, and the anode of the first pin diode is connected to a noise suppression filter connected to the body, and the pin diode loop discharge is made with a connection in a loop of λ / 32 length.
RU2020119988A 2020-06-09 2020-06-09 Discrete microwave phase shifter on micro-strip transmission lines RU2744053C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020119988A RU2744053C1 (en) 2020-06-09 2020-06-09 Discrete microwave phase shifter on micro-strip transmission lines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020119988A RU2744053C1 (en) 2020-06-09 2020-06-09 Discrete microwave phase shifter on micro-strip transmission lines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2744053C1 true RU2744053C1 (en) 2021-03-02

Family

ID=74857601

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020119988A RU2744053C1 (en) 2020-06-09 2020-06-09 Discrete microwave phase shifter on micro-strip transmission lines

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2744053C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU214885U1 (en) * 2022-08-29 2022-11-18 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" Pass-through microstrip phase shifter of millimeter wave lengths for phased antenna arrays

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2757627A1 (en) * 1976-12-30 1978-07-13 Int Standard Electric Corp MICROWAVE PHASE SHIFTER WITH DEVICE FOR ENERGY INPUT OR OUTPUT
US4405907A (en) * 1981-10-26 1983-09-20 Rca Corporation Controllable phase shifter comprising gyromagnetic and non-gyromagnetic sections
SU1730688A1 (en) * 1989-01-12 1992-04-30 Калужский научно-исследовательский радиотехнический институт Phase shifter
RU2130672C1 (en) * 1997-12-09 1999-05-20 Научно-производственная фирма "Аэрофар" Superhigh-frequency device on microstrip transmission lines
RU2231175C2 (en) * 2002-09-23 2004-06-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" Discrete loop-shaped diode shf phase inverter
RU2684442C1 (en) * 2018-05-03 2019-04-09 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Shf phase shifter for the decimeter wavelength range transmission lines microstrip lines
RU2699041C1 (en) * 2018-12-18 2019-09-03 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Device for distribution and phasing of super-high frequency signal

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2757627A1 (en) * 1976-12-30 1978-07-13 Int Standard Electric Corp MICROWAVE PHASE SHIFTER WITH DEVICE FOR ENERGY INPUT OR OUTPUT
US4405907A (en) * 1981-10-26 1983-09-20 Rca Corporation Controllable phase shifter comprising gyromagnetic and non-gyromagnetic sections
SU1730688A1 (en) * 1989-01-12 1992-04-30 Калужский научно-исследовательский радиотехнический институт Phase shifter
RU2130672C1 (en) * 1997-12-09 1999-05-20 Научно-производственная фирма "Аэрофар" Superhigh-frequency device on microstrip transmission lines
RU2231175C2 (en) * 2002-09-23 2004-06-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" Discrete loop-shaped diode shf phase inverter
RU2684442C1 (en) * 2018-05-03 2019-04-09 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Shf phase shifter for the decimeter wavelength range transmission lines microstrip lines
RU2699041C1 (en) * 2018-12-18 2019-09-03 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Device for distribution and phasing of super-high frequency signal

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.I. Chizhov. The method of multiple impedances in the study of microwave circuits // M .: Radiotekhnika, 2014, p. 151. *
Чижов А.И. Метод кратных импедансов в исследовании СВЧ-цепей // М.: Радиотехника, 2014, с. 151. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU214885U1 (en) * 2022-08-29 2022-11-18 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" Pass-through microstrip phase shifter of millimeter wave lengths for phased antenna arrays

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5208564A (en) Electronic phase shifting circuit for use in a phased radar antenna array
US4264881A (en) Microwave device provided with a 1/2 lambda resonator
US7411471B2 (en) High-frequency switch
US9270008B2 (en) Transmission line resonator, bandpass filter using transmission line resonator, multiplexer, balanced-to-unbalanced transformer, power divider, unbalanced-to-balanced transformer, frequency mixer, and balance-type filter
US5109205A (en) Millimeter wave microstrip shunt-mounted pin diode switch with particular bias means
US20080055187A1 (en) Antenna Switch Module
HU192180B (en) Microwave symmetrizing transformer for mixers and modulators
US4118670A (en) Image phased and idler frequency controlled mixer formed on an integrated circuit dielectric substrate
EP0423442B1 (en) Hybrid GaAs MMIC FET-PIN diode switch
US3965445A (en) Microstrip or stripline coupled-transmission-line impedance transformer
US4430758A (en) Suspended-substrate co-planar stripline mixer
RU2744053C1 (en) Discrete microwave phase shifter on micro-strip transmission lines
US10200031B2 (en) Electronically switchable diplexer
JP5287286B2 (en) Bias circuit
CN110611487B (en) Reconfigurable ultra-wideband power amplifier harmonic suppression circuit
US3208003A (en) Negative resistance amplifier utilizing a directional filter
Borah et al. A planar multiband balanced bandstop filter
US20220337204A1 (en) High frequency amplifier
US3821655A (en) High frequency amplifier
US4250475A (en) Adjustable passband filter
US3559109A (en) Microwave switch
Bhat et al. Electronically tunable dual band microwave filter
CN111384908A (en) Power divider circuit, power divider and design method of power divider circuit
JPH03218102A (en) Interdigital filter
RU2822858C1 (en) High-frequency signal adder