Дискретный фазовращатель на pin-диодах

Фазовращатель (ФВ) — устройство, которое изменяет фазовый сдвиг проходящего через него сигнала. По принципу работы их можно разделить на плавные и дискретные, по способу подключения к внешней схеме — на отражательные и проходные.

В процессе выполнения задания необходимо смоделировать дискретный фазовращатель проходного типа на два состояния, выполненный на основе шлейфного (квадратного) моста и пары однозвенных отражательных ФВ на д/'л-диодах. На рис. 3.12, а приведена упрощенная схема такого ФВ в микрополосковом исполнении.

Рис. 3.12.

Рис. 3.13.

На схеме ООФ — однозвенные отражательные ФВ, представляющие собой двухполюсник с /ля-диодом, включенный в отрезок линии (рис. 3.12, б). Фазовый сдвиг Лер такого отражательного звена на pin-wont (или изменение фазы коэффициента отражения при изменении состояния переключательного элемента, рис. 3.12,6) можно найти из выражения.

где Г — комплексный коэффициент отражения от двухполюсного элемента, включенного в линию передачи с волновым сопротивлением Z₀; у = Z₀Y, у — нормированная проводимость нагрузки, У— полная проводимость нагрузки (отражательного звена), включающей в себя pin-mop вместе с настроечным элементом.

При построении ФВ следует рассмотреть два варианта схемы отражательного звена У: с параллельным (рис. 3.13, а) и последовательным (рис. 3.13, б) включением диода в линию.

Варьируя длину шлейфа 9 и величину его волнового сопротивления Z, (см. рис. 3.13), можно управлять фазовым сдвигом Дф, который определяется как разность фазы коэффициента отражения Г в открытом и закрытом состоянии: Дф = arg (T) — arg (T₊).

На начальном этапе работы для оценки возможностей устройства pin-mom можно воспользоваться его упрощенной моделью, для описания которой используются три параметра: г₊ — сопротивление диода в открытом состоянии, r_, С — последовательно соединенные сопротивление и емкость диода в закрытом состоянии (рис. 3.14). При этом в качестве начальных значений этих параметров можно выбрать: г ~ *r₊= 1 Ом, С = 0,5 пФ [131.

Рис. 3.14.

Необходимо рассчитать значения параметров шлейфов, обеспечивающие требуемую величину фазового сдвига Дер. Найденные значения размеров отрезков линий следует использовать в качестве начальных приближений при построении схемы ФВ. При получении из (3.1) аналитических выражений для фазового сдвига Дф можно пренебречь потерями в линии передачи, а также учесть, что в рассматриваемом частотном диапазоне г « 1/шС, г» Z₀, где г = г_~ г₊ (см. рис. 3.14).

Для получения частотных зависимостей фазового сдвига при моделировании ФВ в системе AWRDE можно воспользоваться измерением SDeltaP (Measurement Туре^Linear^Port Parameters-" SDeltaP), позволяющим определятьразностьфазлюбых S-параметров для двух выбранных схем. В этом случае используется следующая методика. В проекте MWO создается дубликат моделируемой схемы с фиксированными значениями параметров управляющих элементов, не изменяемыми в процессе моделирования. В исходной схеме параметры управляющих элементов варьируются в требуемых пределах. При этом с помощью измерения SDeltaP определяется разность фаз коэффициентов передачи этих схем (параметр 5₂₁ для проходного фазовращателя или 5_П для отражательного).

На втором этапе сначала рассчитываются параметры квадратного моста для работы в заданном частотном диапазоне, затем строятся следующие характеристики мостового устройства, реализованного на основе встроенной в систему MWO модели шлейфного ответвителя — Microstrip Branch-Line Coupler (MBLCOUP): (IS,!, |S_I2|, |SJ, |S_I4|, а также arg (5_l3) и arg (S_l4)). Необходимо произвести настройку и оптимизацию устройства с целью достижения ожидаемых значений рабочих характеристик моста. На этом этапе вместо упрощенных моделей ^/"-диодов следует использовать его нелинейную модель из библиотеки элементов AWRDE (Elements-* NonLinear*Diode*PINDRC).

Режимом работы диода, определяющим его сопротивление и фазу отраженного сигнала, можно управлять, изменяя величину напряжения смещения, например, U_ = 0 и U₊ = 2 В. При этом необходимо предусмотреть разделение цепей постоянного и переменного тока, для чего первоначально можно воспользоваться специальным шестиполюсником BIASTEE (Elements-*GeneraI-* Passive-*Other-*BIASTEE), предназначенным для этих целей. На рис. 3.15 представлена возможная схема включения тройника BIASTEE на примере отражательного звена с параллельным включением pin-mom в линию (см. рис. 3.13, а).

В итоговой схеме ФМ следует заменить идеализированный элемент BIASTEE на реальную микрополосковую цепь подачи управляющего напряжения на диод, выполненную на основе четвертьволновых отрезков линий (рис. 3.16).

В качестве параллельно включенного разомкнутого четвертьволнового отрезка в цепях подачи смещения для улучшения диапазонных свойств обычно используются так называемые радиальные шлейфы — элемент MSRSTUB2 (Elements^ Microstrip-* Other) (см. рис. 3.16). Перед использованием в схеме модулятора.

Рис. 3.15.

Рис. 3.16.

изображенной на рис. 3.16 цепи целесообразно осуществить ее настройку на максимум входного сопротивления в заданном частотном диапазоне с помощью вариации вблизи указанных на схеме значений длин отрезков МПЛ.

После настройки цепи подачи управляющего напряжения на р/л-диоды необходимо произвести моделирование проходного ФВ, выполненного на основе полученного шлейфного (квадратного) моста в соответствии с вариантом задания (табл. 3.2). Сравнить характеристики ФВ, построенных на отражательных звеньях различного типа (см. рис. 3.13). Произвести оптимизацию отдельных разрядов, используя в качестве критериев коэффициент передачи и величину фазового сдвига в заданной полосе частот (5% от/ц).

Таблица 3.2.