Измерительные фазовращатели

Классификация типов ИФВ как приборов вида ФЗ достаточно обширна. В диапазоне ВЧ это RС-фазовращатели, индуктивные и емкостные, а в диапа­зоне СВЧ — фазовращатели на удлинителях, отражательные, диэлектрические и поляризационные. Рассмотрим в качестве примеров наиболее распространен­ные типы ИФВ: RC — фазовращатели, фазовращатели на удлинителях и диэлек­трические ФВ.

П

Рис. 6.6. Структурная схема квад­ратурного ФВ.

ростейшим RC-фазовращателем является элементарная RС-цепь, которая может быть дифференцирующей или ин­тегрирующей. С помощью таких цепей можно получить изменение в преде­лах 0...±90°. Однако характеристики их не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к ИФВ. Прежде всего недостаточен диапазон изменения , так как зна­чения могут изменяться в пределах 0...360⁰ или 0…±180°. Далее имеет место резкая зависимость . Поэтому элементарные RС-цепи применяются только для создания фиксированных значений или как функциональные эле­менты более сложных ИФВ.

Характерным примером фиксированного RС-фазовращателя является так на­зываемый квадратурный ФВ. Он легко образуется как комбинация дифференци­рующей RС-цепи с и интегрирующей RС-цепи с , соединенных в виде шестиполюсника (рис. 6.6). Фазовый сдвиг между и равен в этом случае 90° и поддерживается постоянным в широком диапазоне частот. Это достоинство квадратурного ФВ является в ряде случаев принципиальным и используется при проектировании ИФВ в виде фазоразностных RС-цепей, являющихся обобщением шестиполюсника, изображенного на рис. 6.6, на произволь­ные значения и . Однако чаще плавное изменение в широких пределах при достигается с помощью мостовых ФВ. Типовая схема мостового ФВ и векторная диаграмма напряжений, поясняющая работу схемы, приведены на рис. 6.7.

Рис. 6.7. Структурная схема (а) и векторная диаграмма (б) напряжений мос­тового ФВ.

Как видно из рис. 6.7, а, ФВ представляет собой четырехплечую мостовую цепь, в одну диагональ которой подается , а с другой диагонали снимается . Если то делитель , делит пополам, и точка явля­ется центром окружности, построенной на как на диаметре (рис. 6.7, б). Так как сумма векторов и также должна быть равна , а угол между ними , то точка должна двигаться по этой окружности при изменении . В результате , определяемое вектором ВГ, оказывается постоянным по мо­дулю и равным , а по фазе сдвинуто относительно на величину . При R = 0 = 0, а при . Такие ФВ особенно удобны при реализации ИФВ с дискретным поразрядным изменением .

Рис. 6.8. Схематическое устройство фазовращателя на удлинителях:

а — телескопический ФВ; б — тромбонный ФВ.

Принцип действия ФВ на удлинителях основан на изменении геометрической длины линии передачи СВЧ сигнала. Как известно из теории длинных линий, фаза бегущей волны на выходе линии определяется величиной , где (для коаксиалов) или (для волноводов) - фазовая постоянная. Таким образом, изменяя , можно получить ФВ с пределами изменения . Практи­ческое применение находят две конструктивные разновидности таких ФВ: теле­скопический и тромбонный, схематически показанные в волноводном варианте на рис. 6.8.

В диэлектрических ФВ фазовый сдвиг получают введением в коаксиал или волновод диэлектрика, изменяющего фазовую скорость распространения волны и, следовательно, значение . Характерные примеры диэлектрических ФВ на пря­моугольном и круглом волноводах показаны на рис. 6.9.

Если в прямоугольном волноводе распространяется волна , то максималь­ный эффект будет получен при размещении диэлектрика в виде пластины по­средине широкой стенки волновода (в пучности электрического поля). Конструк­тивно это можно реализовать с помощью пластинчатого (рис. 6.9, а) или ноже­вого (рис. 6.9, б) ФВ. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки, но в целом они уступают ФВ на круглом волноводе (рис. 6.9, в). При распростра­нении в нем волны . С помощью переходов такой ФВ может быть включен в линию передачи любой конструкции.

Р ис 6.9. Схематическое устройство диэлектрических ФВ.