Solid-state microwave phase shifters. Part 1

Abstract

Фазовращатели -одни из наиболее востребованных в радиоэлектронике компонентов. Чаще всего они применяются в приемо-передающих модулях систем с фазированной антенной решеткой (ФАР), в предыскажающих схемах линеаризованных усилителей, системах автоматизированного тестирования различного оборудования и др. [1]. О фазовращателях разных типов рассказывается в статье. Т вердотельными фазовращателями можно управлять цифровым или аналоговым спо-собом. Фазовращатели являются цифровыми в том случае, когда фаза в них изменяется дис-кретно посредством переключения отдельных ячеек, сдвиг фазы в которых может принимать значения 180°, 90°, 45°, 22,5°, 11,25°, 5,625° и т. д. Подобные фазовра-щатели называются также цифровыми переключаемыми (digital switched phase shifters) или цифровыми ступенча-тыми (digital step phase shifters). Однако чаще всего для таких устройств используют термин цифровой фазовра-щатель (digital phase shifter).К аналоговым фазовращателям относятся устройства, в которых фазовый сдвиг под действием управляющего напряжения меняется непрерывно. Во многих случаях управление такими фазовращателями выполняют циф-ровым кодом, преобразуемым в аналоговый вид. В силу монотонной зависимости сдвига фаз от управляющего напряжения разрядность используемых цифро-анало-говых преобразователей может быть сколь угодно боль-шой. На практике обычно ограничиваются 12-разряд-ными ЦАП. Фазовращатели этого типа можно отнести к классу цифро-аналоговых. В англоязычной литературе для них иногда используется термин Digitally controlled analog phase shifter или просто Digitally controlled phase shifter.Фазовращатели -это линейные двухпортовые устройства, которые изменяют фазу входного сигнала U вх (t) = U вх sin ωt в соответствии с требуемым значением фазового сдвига Φ. Выходной сигнал реального фазовра-щателя U вых (t) = U вх ( 1 + α (ω, Φ)) sin ( ωt + Φ + ϕ (ω, Φ)) отли-чается от входного не только требуемым сдвигом фазы Φ, но и вносимыми амплитудными α (ω, Φ) и фазовыми ϕ (ω, Φ) искажениями. В технических характеристиках фазовращателей эти искажения представлены своими максимальными величинами α макс и ϕ макс , либо средне-квадратичными значениями α скз и ϕ скз .Реализация фазосдвигающих цепей может быть достигнута многими способами. Три из них представ-лены на рис.1.Фазовращатель отражательного типа (рис.1а), включа-ющий квадратурный гибридный мост (КГМ), подключен-ный к емкостным нагрузкам, обеспечивает на своем выходе синфазное сложение отраженных от нагрузок сигналов, а на входе их противофазное суммирование. Теоретиче-ски достижимый фазовый сдвиг равен 180°. Однако в реаль-ных схемах он обычно несколько меньше. При необходи-мости получения большего сдвига фаз используют каскад-ное включение таких фазовращателей.Фазовращатели второго типа (рис.1б) основаны на переключении двух каналов, которые различаются длиной отрезков L1 и L2 линии передачи, а следовательно и фазовыми сдвигами Θ L1 и Θ L2 . Вносимый в этом случае фазовый сдвигна частоте ω 0 зависит от разницы длин переключаемых линий передачи ΔL = L2 -L1 и скорости света с. Л...