Постійні фазообертачі

Крім змінних у техніці НВЧ часто використовуються фазообертачі, що створюють фіксований фазовий зсув. На рис. 6.8 наведена конструкція фазообертача на циліндричному хвилеводі з діелектричною пластиною, що утворює фазовий зсув у 90^о. Він являє собою відрізок циліндричного хвилеводу, в якому поміщена пластина з діелектрика з малими втратами. Для зменшення відбиття кінці пластини виконані у вигляді скосів. Фазовий зсув хвилі, що поширюється по такому хвилеводу, залежить від орієнтації її вектора напруженості електричного поля щодо площини пластини (кут θ). Максимальний фазовий зсув одержує хвиля, вектор E якої лежить у площині пластини, мінімальний – перпендикулярний їй.

Рис.6.8. Фіксований фазообертач на 90^о

Геометричні розміри пластини (товщина, довжина) і її електричні параметри (ε) підбираються таким чином, щоб фазові зсуви для хвиль з івідрізнялися на 90^о. Такий фазообертач іноді називають чвертьхвильовою пластиною. Він використовується звичайно для перетворення лінійно поляризованої хвилі у хвилю кругової поляризації і зворотного перетворення. На схемах фазообертачі позначаються, як показано на рис.6.9.

Рис.6.9. Позначення фазообертачів на електричних схемах:

а – фіксований; б – регульований

Методи градуювання фазообертачів

Точний розрахунок більшості з описаних вище фазообертачів відомий, однак він часто є складним і не дозволяє врахувати всі особливості конструкції (наприклад, скоси стрижня, що переміщує пластину в лінії передачі). Тому фазообертачі градуюють (тобто знаходять залежність фазового зсуву від розташування елемента, що змінює фазу) експериментально. Слід також зазначити, що при роботі в діапазоні частот градуювання проводиться на ряді частот, тому що фазовий зсув, внесений фазообертачем, звичайно залежить від частоти. Найбільш розповсюдженими методами градуювання фазообертачів є інтерференційні, основані на аналізі параметрів стоячої хвилі в лінії. Блок-схема такої установки показана на рис.6.10.

Вона складається з НВЧ генератора 1, феритового вентиля 2, який служить для поглинання відбитої хвилі, вимірювальної лінії 3 із зондом і детекторною голівкою 7 , гальванометра 6, фазообертача, який треба проградуювати 4 і короткозамикального (КЗ) поршня 5. Електромагнітна хвиля, від генератора 1 проходить усі елементи хвилевідного тракту, цілком відбивається від КЗ поршня і поглинається у вентилі 2. Таким чином, у тракті встановлюється режим стоячої хвилі. Переміщуючи зонд уздовж вимірювальної лінії, можна спостерігати розподіл електричного поля. Воно має вигляд періодичної функції, причому відстань між будь-якими сусідніми мінімумами дорівнює .

Рис.6.10. Блок-схема установки для градуювання фазообертача

Епюра стоячої хвилі для випадку, коли діелектрична пластина фазообертача, зображеного на рис.6.3, знаходиться у вузькій стінці хвилеводу, і отже, не впливає на електромагнітну хвилю, показана на рис.6.11 (залежність 1).

При переміщенні діелектричної пластини до центра хвилеводу довжина хвилі у фазообертачі зменшується, і отже, усі мінімуми поля у вимірювальній лінії зміщуються на величину Δl у бік КЗ поршня. Цей зсув пропорційний зміні фази хвилі й за його значенням можна обчислити Δl.

Рис.6.11. Епюри стоячої хвилі в лінії

Зсув фази Δφ, внесений фазообертачем, пов’язаний із зсувом мінімуму Δl таким співвідношенням:

. (6.7)

Таким чином, переміщаючи пластину фазообертача і вимірюючи щораз зсув мінімуму, можна знайти фазовий зсув у заданих точках і за ними побудувати графік залежності Δφ від положення пластини в лінії передачі, тобто проградуювати фазообертач.

На рис. 6.12 показана блок-схема іншого варіанта установки для градуювання фазообертача. Вона відрізняється від попередньої наявністю еталонного фазообертача 7. Перед початком вимірів пластину еталонного фазообертача вводять до одержання максимального фазового зсуву, а пластину градуйованого фазообертача цілком виводять для одержання мінімального можливого фазового зсуву. Переміщуючи зонд вимірювальної лінії, знаходять який-небудь мінімум стоячої хвилі. Потім вводять пластину фазообертача 4 на визначену величину, при цьому картина стоячої хвилі зрушиться на величину Δl у бік КЗ поршня, як показано на рис.6.11.

Після цього плавно виводять пластину еталонного фазообертача 7, повертаючи мінімум на старе місце (розташування зонда вимірювальної лінії після початкової установки в мінімум не змінюють). Це означає, що фазовий зсув, внесений фазообертачем 4, компенсований фазовим зсувом еталонного фазообертача 7, який дорівнює йому за значенням, але протилежний за знаком. Значення останнього можна визначити за графіком. Провівши описані вимірювання для ряду точок, можна побудувати графік залежності (n – поділка шкали фазообертача), тобто проградуювати фазообертач 4.

Рис. 6.12. Блок-схема установки для градуювання фазообертача за еталонним