- •1. Простые излучатели
- •1.1 Симметричные вибраторы
- •1.2 Щелевые излучатели
- •1.3 Диэлектрические стержневые антенны
- •1.4 Спиральные антенны
- •1.5 Полосковые антенны
- •1.6 Рупорные антенны
- •1.7 Директорные антенны
- •2. Антенные решетки
- •3. Рефлекторные параболические антенны
- •4. Антенны для телерадиовещания и базовых станций систем подвижной связи.
- •5. Элементы тракта свч
- •5.1 Тройниковые делители мощности
- •5.2 Многоканальные резонаторные делители мощности
- •5.3 Дискретные полупроводниковые фазовращатели
- •6 Варианты заданий и методические указания.
- •6.1 Плоская антенная решетка с дискретным фазированием.
- •6.2 Рефлекторная параболическая антенна
- •Антенны для телерадиовещания и базовых станций подвижной связи.
5. Элементы тракта свч
5.1 Тройниковые делители мощности
Схема реактивного параллельного делителя мощности приведена на рис.5.1.
Все входные линии имеют одинаковые сопротивления ρ. В точке разветвления подключены четвертьволновые трансформаторы с волновыми сопротивлениямиρ1,ρ2,ρ3. Такой делитель может быть согласован с одного из входов (например, со входа 1) при заданном коэффициенте деления мощностиk2между двумя другими входами:
;;(5.1)
Волновое сопротивление ρ1 часто принимают равным ρ или выбирают из соображений максимальной широкополосности делителя.
При введении в схему сосредоточенного балластного сопротивления Rби дополнительных четвертьволновых трансформаторов (рис. 5.2) можно получить тройник, согласованный по всем входам, но обладающий потерями при питании по входам 2 и 3.
Связь между волновыми сопротивлениями определяется соотношениями:
;;;(5.2)
При выполнении делителя одно из волновых сопротивлений (обычно ρ3 илиρ4) приравниваютρ, а остальные находят из (5.2).
5.2 Многоканальные резонаторные делители мощности
Многоканальный делитель мощности можно построить на основе цилиндрического резонатора, по окружности которого расположены элементы связи с линиями передачи – например, волноводные линии, связанные с резонатором через щели (рис. 5.3).
Если щели являются вертикальными (параллельны образующим цилиндра), то в резонаторе должно возбуждаться колебание типаH0n1. Связь радиуса резонатораR, его высотыLи длины волны λ дается соотношением:
, (5.3)
где А0n –n-й корень производной функции Бесселя нулевого порядка.
Для элементов связи в виде поперечных щелей в резонаторе возбуждается колебание Е0n0. Высота такого резонатора может быть взята произвольной, а радиус рассчитывается по формуле
, (5.4)
где В0n –n-й корень функции Бесселя нулевого порядка.
Значение ряда корней дано в табл. 5.1.
Таблица 5.1
n |
1 |
2 |
3 |
4 |
A0n B0n |
3,832 2,405 |
7,016 5,520 |
10,173 8,654 |
13,324 11,792 |
5.3 Дискретные полупроводниковые фазовращатели
Управление лучом фазированной решетки осуществляется путем внесения необходимого сдвига в фазы токов элементов. В соответствии с формулой (2.1) необходимые сдвиги фаз между соседними элементами в строке и столбце определяются соотношениями:
,,
где k=2π/λ– волновое число;dx,dy– периоды решетки по соответствующим координатам; θ0, φ0– углы ориентации максимума диаграммы направленности решетки.
Плавное перемещение луча в секторе сканирования можно обеспечить используя аналоговые фазовращатели, но для управления они требуют трудно реализуемых стабильных непрерывных сигналов, отличаются низкой временной и температурной стабильностью, большой массой и габаритами.
Лучшими характеристиками обладают дискретные фазовращтели. Они управляются постоянными напряжениями не требующими высокой стабильности, позволяют выровнять потери при различных фазовых сдвигах, обеспечивают управление большими уровнями СВЧ мощности. Наибольшее применение находят схемы с использованием p-i-nдиодов, которые при подаче управляющего напряжения скачком изменяют активную составляющую полного сопротивления в широких пределах; реактивная же составляющая мала и почти не меняется. Таким образом, диоды играют роль безинерционных электронных ключей.
Имеется большое число схемных решений дискретных фазовращателей на p-i-nдиодах удобных для реализации определенных фазовых сдвигов.
Дискретные фазовращатели состоят из нескольких каскадов, каждый из которых при подаче управляющего напряжения измеряет фазу волны на величину Δψ=2π/m, гдеФазовращатели состоят из отрезков линий прередачи и электронных ключей наp-i-nдиодах. В качестве линий передачи чаще всего используются волноводные или полосковые линии. Конструкцииp-i-nдиодов могут быть различными в зависимости от схемы включения (последовательные или параллельные ключи), типа линии передачи (волноводы, симметричные или несимметричные полосковые линии). Подробные сведения о них имеются в справочниках.
К наиболее часто применяемым дискретным фазовращателям относятся:
1.Фазовращатель типа «периодически нагруженной линии».
Фазовый набег изменяется за счет включения в линию реактивности с помощью ключа. Реактивные нагрузки реализуются обычно в виде шлейфов, длина и волновое сопротивление которых выбираются из условия получения необходимой входной проводимости.
Расстояние между реактивностями, при указанном на рис. 4.4 способе включения ключей, выбирают равным l=λл/8, а входная проводимость шлейфов в замкнутом состоянии ключей и разомкнутом отвечала соотношениюBшл КЗ=-Вшл ХХ.
,
где - волновое сопротивление линии шлейфа, аего длина. Величину фазового дискрета при этом можно рассчитать по формуле:
(5.5)
Подбирая и ρ/ρшл можно получить заданное значение.
В фазовращателях такого типа трудно получить фазовые сдвиги больше π/4 из-за возрастания КСВ.
2. Отражательные фазовращатели с развязывающими устройствами мостового типа.
Наиболее употребительными в таких фазовращателях являются квадратный мост на полосковых линиях и щелевой волноводный мост.
ХХ
ХХ
Дополнительный фазовый сдвиг между входами 1 и 2 (см. рис. 5.5) определяется соотношением:
. (5.6)
Если в этой схеме используются короткозамкнутые отрезки, то они коммутируются параллельными ключами. Соотношение для расчета дискрета фазы, при этом, остается тем же.
Фазовращатели с развязывающими устройствами мостового типа наиболее приемлемы для реализации близких к π/2.
3
l1
В
l2
Ф
Рис. 5.6. ФВ с переключением каналовHHhhрррр
(5.7)
Подобные фазовращатели удобнее делать для >π/2. В этом случае разность плечl2иl1будет удобнее реализовать.