Фазовращатель: Фазовращатели сканирующих антенн для радаров обзора территорий

Фазовращатели сканирующих антенн для радаров обзора территорий

Введение

В настоящее время целый ряд радарных станций нуждаются в антеннах с электронным движением луча. И хотя существует множество разработок плоских антенных решеток с электрическим управлением, главной преградой на пути применения таких систем остается их высокая стоимость. Необходимость обеспечения больших углов качания при сравнительно высоком уровне коэффициента усиления 30–35 дБ неизбежно приводит к увеличению количества элементов антенны, которое, для разных систем, может достигать от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч единиц и, как следствие этого, к увеличению числа фазовращателей, формирующих фазовый фронт волн, излучаемых антенной. При приме нении традиционных систем управления на основе p-i-n диодных фазовращателей их стоимость по оценкам специалистов может достигать от $100 до $200 за штуку при массовом производстве. Естественно, такая цена фазовращателей делает антенны с электронным движением луча неконкурентоспособными по сравнению с механическими системами.

Поэтому весьма важная задача — поиск нового типа фазовращателей, имеющих значительно меньшую стоимость, нежели существующие аналоги.

Для решения этой проблемы могут быть использованы следующие пути:

1. Использование полупроводниковых фазовращателей нового типа — отражательных излучателей-фазовращателей.
2. Использование сегнетоэлектрических фазовращателей.

 

Фазовращатели сантиметрового и миллиметрового диапазонов

Базовым компонентом антенны с электрическим управлением диаграммой направленности является фазовращатель. Если не принимать в расчет ферритовые фазовращатели из-за сложности их реализации для коммерческих применений и большого потребления энергии в цепях управления (единицы Вт), то сегодня можно выделить несколько типов электрически управляемых фазовращателей, экспериментально реализованных и отличающихся типом элемента управления: на полевых транзисторах, p-i-n диодах, варакторных диодах, микроэлектромеханических системах (МЭМС) и сегнетоэлектриках.

Фазовращатели на полупроводниковых управляющих элементах, несомненно, занимают значительную позицию, главным образом, благодаря возможности реализации монолитной схемы СВЧ на основе GaAs или Si, включающей в себя малошумящие усилители, и имеющие при этом сравнительно малые массо-габаритные параметры и малое потребление мощности по цепям управления (несколько сотен мВт). Между тем, фазовращатели на полупроводниковых элементах сравнительно дороги при массовом производстве, а, кроме того, на частотах более 30 ГГц уступают по потерям своим сегнетоэлектрическим и МЭМС аналогам.

Сейчас лидерами по характеристикам считаются фазовращатели на основе микроэлектромеханических систем, сочетающие в себе как малые вносимые потери (менее 1 дБ) практически во всем частотном диапазоне СВЧ (до 100 ГГц) при пренебрежимо малом потреблении мощности по цепям управления (единицы мВт), так и возможности монолитной технологии. Конечно, эти приборы не лишены недостатков, основной из которых — сравнительно низкое быстродействие.

Наилучшим является время срабатывания порядка 10 мкс. Другим недостатком является ограниченное число механических переключений, то есть ограниченный срок службы, существенно меньший, чем у полупроводниковых ключей. Кроме того, остается неясным, какова будет себестоимость фазовращателей на МЭМС при массовом производстве, поскольку технология изготовления МЭМС усложняется изготовлением воздушного мостика, подвешенного на расстоянии 1,5 мкм над поверхностью подложки.

К преимуществам фазовращателей на основе сегнетоэлектрика можно отнести: малое время переключения (десятки наносекунд), малое потребление энергии в цепях управления (единицы мВт) низкие фазовые шумы, меньшую, по сравнению с полупроводниковыми аналогами, себестоимость, а также возможность интегрального исполнения устройств на основе сегнетоэлектрика. Особое внимание следует обратить на малые величины зазоров порядка 10 мкм планарного конденсатора или линии передачи, которые необходимы для получения требуемой напряженности управляющего поля при умеренной величине приложенного напряжения.

Помимо низкой себестоимости, сегнетоэлектрические материалы обладают рядом преимуществ, которые позволяют расширить возможности приборов и устройств, построенных на иных материалах и физических явлениях. Все перечисленные факты открывают очевидную перспективу использования сегнетоэлектрических материалов в качестве активных элементов современных ФАР. К сожалению, ни в России, ни за рубежом нет массового производства сегнетоэлектрических элементов для СВЧ-приложений.

 

Отражательная антенная решетка

Одной из перспективных, с точки зрения снижения цены, схемы построения фазированной решетки является отражательная схема. В такой схеме (рис. 1) используется печатная плата с полупроводниковыми фазовращателями, совмещенными с микрополосковыми излучателями, и облучатель для освещения СВЧ-полем. Такая структура приводит к объединению в топологию нескольких компонентов, что и дает значительное упрощение схемы и, в конечном итоге, приводит к снижению стоимости.

На рис. 2 показано взаимное расположение элементов «излучатель — фазовращатель» на печатной плате, при котором шаг L₁ и L₂ по Х и по У определяется из соображений получения необходимого сектора сканирования и бокового излучения. Принцип действия элемента «излучатель – фазовращатель» заключается в том, что в микрополосковый диполь вводится электрически управляемый конденсатор. При изменении емкости меняется электрическая длина диполя и, как следствие, фаза коэффициента отражения переизлученной волны. Устанавливая с помощью управляющих напряжений в каждом варикапе свою фазу, полученную по расчету антенной решетки, можно сформировать луч в нужном направлении. Фазоуправляемым элементом в такой антенне является варактор, в котором электрически перестраивается емкость обратно смещенного

р-n-перехода.

Преимущества такой конструкции следующие: во-первых, использование стандартной технологической линии изготовления печатных плат и поверхностного монтажа электронных компонентов, во-вторых, отсутствие потерь в распределителе мощности, так как не используется линия передач, и, в-третьих, технологические возможности современного оборудования для печатного монтажа позволяют использовать эту технологию вплоть до K_u (10–14 ГГц) и K_a (26–40 ГГц) диапазонов.

Для расчета элемента «излучатель – фазовращатель» была создана аналитическая методика проектирования по математической модели в программе MathCAD и эквивалентная электрическая схема, которую можно рассчитать, например, с помощью программы Ansoft Designer. На рис. 3 показаны результаты расчета фазы в частотном диапазоне

K_u, для крайних значений емкостей варактора 0,15 и 0,9 пФ, а на рис. 4, 5 показано, каковы будут потери в фазовращателе данного типа. Эти графики приведены для варикапа МА46Н120 (фирмы МАСОМ).

Экспериментальные данные дают возможность установить, что фаза изменяется от 0° до 310°, а средние потери составляют 2,2 дБ. Рис. 6 представляет собой фотографии печатных плат с элементами «излучатель – фазовращатель» для диапазона 12 ГГц (варикап МА46Н120, ячейка размером 18×18 мм), а также для диапазона 33 ГГц (ячейка размером 6×6 мм с варикапом MV39001). Стоимостные(ориентировочные) характеристики для фазовращателей и для ФАР (рис. 7), построенных по этому принципу, сведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Цены комплектующих на единичную ячейку

Таблица 2. Ориентировочная стоимость микрополосковой отражательной ФАР

 

Радары сантиметрового и миллиметрового диапазона

При сложившейся рыночной ситуации должны быть найдены новые возможности для систем наблюдения и обнаружения, повышена надежность технологий наблюдения.

Есть несколько главных недостатков существующих решений:

• инфракрасные сенсоры не работают в условиях тумана и пыли;
• отсутствует возможность измерения расстояния;
• недостаточное качество распознавания целей.

Главное достижение технологии миллиметровых волн — электронное сканирование луча, который увеличивает дальность обнаружения и надежность распознавания.

Радары миллиметрового диапазона нового типа обладают рядом преимуществ:

• измеряется расстояние до объекта;
• возможно обнаружить перемещающуюся цель, включая ползущего и плавающего человека, с радиальной скоростью больше чем 0,1 м/с;
• возможно обнаружить цель на основе постоянного слежения, с определением факта движения вперед-назад за 1 с, движения цели вправо-влево за 3–5 с, с отображением детального спектрального портрета для идентификации;
• радар «радиоскрытен» из-за малого излучения передатчика мощностью 0,1 Вт, что в 10 раз меньше мощности мобильного телефона;
• радар миллиметрового диапазона работает при отсутствии видимости — при тумане и пыли.

На базе описанных фазовращателей могут быть разработаны три типа радаров, для того, чтобы преодолеть недостатки существующих технологий и использовать преимущества микроволновой радарной технологии:

• • Легкий портативный радар с дальностью 100–300 м, который устанавливается на треноге (рис. 8.). Радар обнаруживает людей, транспортные средства и воднотранспортные объекты, перемещающиеся в пределах сектора 90° или 180°, при отсутствии видимости, то есть при тумане, дыме, пыли.

• • Портативный радар с дальностью несколько километров. Радар используется для детального наблюдения за выбранным объектом. Обнаруживает идущих людей, транспортные и воднотранспортные средства. Радар выявляет и оценивает параметры движений и выполняет распознавание целей. Зона контроля в азимуте — 60°. Проводит измерение расстояния. Детализирует спектральный портрет.
  • Радар, который обнаруживает вторжение в охраняемых областях и посылает тревожный сигнал. Предназначен для защиты аэропортов, промышленных зон и т. д. Радар устанавливается на ограждении 4–6 м высотой (рис. 9). Он обнаруживает двигающихся людей, транспортные средства и водный транспорт. Диапазон контроля одного радарного модуля — 2 км вперед и 60–90° в азимуте.

Фазированные антенные решетки / Хабр

На хабре уже есть статья, посвященная антеннам. Продолжая тему, хочу рассказать хабраобществу о принципах работы фазированных антенных решеток (ФАР). ФАР нашли широкое применение в радиолокационных комплексах, противоракетной обороне, космической связи; применение в гражданских объектах (коммерческих) затруднено сложностью изготовления и дороговизной. Возможно кто-то заинтересуется тематикой и придумает эффективное применение ФАР для коммерческого применения.

Что это?

ФАР это группа излучателей (фазовращателей, ФВ), в которых относительные фазы сигналов изменяются комплексно по определенному закону так, что эффективное излучение ФАР усиливается в желаемом направлении и подавляется во всех остальных. ФАР это матрица, где элементом матрицы является ФВ, но конечно же ФВ в пространстве могут иметь и другие конфигурации. На рисунке 1 показана РЛС секторного обзора «Имбирь», входит в состав зенитно-ракетного комплекса С300В. Можно увидеть и ФАР, и облучающий рупор.
Рисунок 1.

Как происходит фазирование?

Есть простая формула из курса физики: V = c/sqrt(mu*eps). В этой формуле V – фазовая скорость электромагнитной волны, с c – скорость света в вакууме, mu – магнитная проницаемость, eps – диэлектрическая проницаемость. Из этой формулы видно, что фазовая скорость зависит от мю и эпсилон, и меняя эти величины мы можем вводить задержку ЭМ волны через ФВ. Поэтому ФВ бывают ферритовые (можем менять их магнитную проницаемость) и сегнетоэлектрические (можем менять их диэлектрическую проницаемость). Питание к фазовращателям осуществляется по воздушному тракту (как на рис. 1) или посредством волноводов (например, в малогабаритных зенитно-ракетных комплексах, рис. 2).

Рисунок 2. ЗРК «Тор».

Схема ФАР на рис. 4 [1]: антенна представляет собой линейку излучателей, между разделителем мощности и излучателями включены ФВ. Ферритовый ФВ представляет собой аналоговый феррит цилиндрической формы, на который намотаны обмотки управления. Изменяя ток в обмотках управления (задается блоком управления ФВ) изменяется магнитная проницаемость и соответственно фазовая скорость ЭМ волны в ФВ. Таким образом, последовательно изменяя уровень сигнала управления в обмотках процесс формирования волнового фронта может представлен как показано на рисунке 3, 4 (одномерный случай). Можно провести аналогию с камешками, которые последовательно кидаем в воду. Еще одной аналогией работы ФАР может служить линза. На рисунке 5 показано изменение формы волнового фронта с помощью линзы [4].

Рисунок 3. Формирование волнового фронта.

Рисунок 4. Схема ФАР.

Рисунок 5.

Основной луч располагается перпендикулярно фазовому фронту. Из диаграммы направленности (рис. 6) видно, что кроме основного луча есть обратный и боковые лепестки, которые являются паразитными и уменьшение их уровня является вопросом распределения ЭМ поля в апертуре решетки. Изменение положения луча в пространстве происходит электрическим образом (практически безынерционно) – именно это качество особенно важно.

Рисунок 6. Типичная диаграмма направленности.

Электрическое сканирование обеспечивает создание разнообразных фазовых сдвигов по всему раскрыву и значительную скорость изменения этих сдвигов при сравнительно небольших потерях мощности. Управление работой фазовращателей осуществляется при помощи быстродействующей электронной системы, которая в простейших случаях управляет группами элементов (например, строками и столбцами в плоских ФАР с прямоугольным расположением излучателей), а в наиболее сложных – каждым фазовращателем в отдельности. Качание луча в пространстве может производиться как по заранее заданному закону, так и по программе, вырабатываемой в ходе работы всего радиоустройства, в которое входит ФАР [2,3].

Рисунки к статье можно найти в указанной литературе, кроме рисунка 3. Для более подробного ознакомления с ФАР и управлением ими могу порекомендовать книгу Самойленко и Шишова, «Управление фазированными антенными решетками».

Литература:

1. О. Г. Вендик, «Фазированная антенная решетка – глаза радиотехнической системы», 1997 г.
2. ru.wikipedia.org/wiki Фазированная_антенная_решетка
3. en.wikipedia.org/wiki/Phased_array
4. ru.wikipedia.org/wiki/Линза

Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Фазовращатель

Cтраница 1

Фазовращатель включают в электрическую цепь для внесения в нее фазового сдвига, значение которого известно. Фазовращатели выполняются с плавной или скачкообразной регулировкой. Они снабжаются шкалами, градуированными в градусах. Конструкция фазовращателя определяется диапазоном частот, для которого он предназначен.  [1]

Фазовращатель был выполнен в виде двойной U-об-разной раздвижной симметричной линии.  [2]

Фазовращатель имеет передаточную функцию вида К ( s) ( Ь0 — tis) / ( a0 4 — GJS), причем должны выполняться условия Ь0 а0 и bi аг. Следовательно, при синтезе звена на ОУ используют инвертирующий и неинвертирующий входы.  [3]

Фазовращатели находят широкое применение для регулирования скорости исполнительных двигателей постоянного тока, питаемых от ионных приборов. В качестве фазовращателей используются фазовращающие мосты, индукционные фазовращатели ж др. В фазовращающем мосте вращение фазы осуществляется посредством изменения величины активного г или реактивного х сопротивлений, включенных в плечи фазового моста. В индукционном фазовращателе вращение фазы осуществляется путем поворота ротора.  [4]

Фазовращатели широко применяют для регулирования скорости двигателей исполнительных механизмов, питаемых от ионных приборов. В качестве фазовращателей служат фазовращаю-щие мосты и индукционные фазовращатели.  [5]

Фазовращатель обеспечивает сдвиг фазы опорного колебания на 90, а с помощью коммутатора фазы осуществляется коммутация фазы на 180 от строки к строке. Коммутатор фазы управляется с помощью генератора коммутирующих импульсов. Правильная последовательность коммутации задается схемой опознавания.  [7]

Фазовращатели широко применяют для регулирования скорости двигателей исполнительных механизмов, питаемых от ионных приборов.  [8]

Фазовращатель с диэлектрической пластиной ( рис. 8.17) состоит из отрезка волновода и диэлектрической пластины, которая устанавливается в нем параллельно поперечной составляющей электрического поля. Уменьшение фазовой скорости волны, обусловленное расположением пластины в поле, приводит к фаэовому сдвигу волны на выходе фазовращателя. При волне типа / / ю в прямоугольном волноводе наибольшее замедление будет име

Аналоговые фазовращатели | Analog Devices

Некоторые файлы cookie необходимы для безопасного входа в систему, но другие необязательны для функциональной деятельности. Сбор наших данных используется для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы обеспечить максимальную производительность и функциональность нашего сайта. Для получения дополнительной информации вы можете просмотреть сведения о файлах cookie. Узнайте больше о нашей политике конфиденциальности.

Принять и продолжить Принять и продолжить

Файлы cookie, которые мы используем, можно разделить на следующие категории:

Строго необходимые файлы cookie:

Это файлы cookie, которые необходимы для работы аналога.com или предлагаемые конкретные функции. Они либо служат единственной цели передачи данных по сети, либо строго необходимы для предоставления онлайн-услуг, явно запрошенных вами.

Аналитические / рабочие файлы cookie:

Эти файлы cookie позволяют нам выполнять веб-аналитику или другие формы измерения аудитории, такие как распознавание и подсчет количества посетителей и наблюдение за тем, как посетители перемещаются по нашему веб-сайту. Это помогает нам улучшить работу веб-сайта, например, гарантируя, что пользователи легко находят то, что они ищут.

Функциональные файлы cookie:

Эти файлы cookie используются для распознавания вас, когда вы возвращаетесь на наш веб-сайт. Это позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и запоминать ваши предпочтения (например, ваш выбор языка или региона). Потеря информации в этих файлах cookie может сделать наши службы менее функциональными, но не помешает работе веб-сайта.

Целевые / профилирующие файлы cookie:

Эти файлы cookie записывают ваше посещение нашего веб-сайта и / или использование вами услуг, страницы, которые вы посетили, и ссылки, по которым вы переходили. Мы будем использовать эту информацию, чтобы сделать веб-сайт и отображаемую на нем рекламу более соответствующими вашим интересам. Мы также можем передавать эту информацию третьим лицам с этой целью.

Файлы cookie отклонения

РЧ-фазовращатели — все RF

Фазовращатели — Основы и выбор

RF Phase Shifters используются для изменения угла фазы передачи входного сигнала. В идеале фазовращатели обеспечивают выходной сигнал с амплитудой, равной входному сигналу, любые потери здесь будут учитываться как вносимые потери компонента.Входной сигнал сдвигается по фазе на выходе в зависимости от конфигурации выбранного фазовращателя. Существует три основных типа фазовращателей:

Цифровой фазовращатель — Эти фазовращатели имеют цифровое управление. Они программируются или могут управляться через компьютерный интерфейс. Фазовращатели USB — это относительно новая форма фабрики, которая позволяет управлять фазовым сдвигом устройства с компьютера.

Аналоговый фазовращатель — Сдвиг фазы в аналоговых фазовращателях обычно регулируется уровнем напряжения.Изменение фазового сдвига на основе напряжения настройки указано для фазовращателя.

Механический фазовращатель — Сдвиг фазы устройства регулируется вручную с помощью ручки. Фаза от входа к выходу регулируется поворотом ручки.

Выбор радиочастотных фазовращателей

При выборе ВЧ фазовращателя важно знать параметры, которые необходимо указать. Ниже приведен список основных параметров, на которые следует обратить внимание при выборе терминации:

Phase Range (Degrees): Это диапазон фазового сдвига устройства.В зависимости от конфигурации устройства, оно сможет обеспечить сдвиг фазы только в этом диапазоне.

Вносимые потери (дБ): Потери сигнала со входа фазовращателя на выход устройства называются вносимыми потерями. Идеальные фазовращатели не имеют потерь, поэтому чем меньше потери, тем лучше производительность.

Все списки RF полные каталоги фазовращателей RF от ведущих производителей. Мы нормализуем их данные и добавляем их в нашу базу данных, что позволяет инженерам выполнять поиск по спецификации.Используйте инструмент параметрического поиска, чтобы указать частоту, тип фазовращателя, вносимые потери, требования к мощности и другие параметры. Инструмент поиска сканирует каталоги нескольких производителей, чтобы предоставить вам список продуктов, соответствующих вашим требованиям. Затем вы можете сравнивать продукты, загружать таблицы данных, запрашивать расценки. Запрос коммерческого предложения направляется производителю, который свяжется с вами напрямую.

Фазовращатели High-Pass Low-Pass

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу, посвященную фазовращателям

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу, посвященную фазовращателям с импульсным фильтром

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу страницу фильтров

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу с сосредоточенными элементами

Новое в марте 2016 г . : Благодаря Авинашу Шарме, теперь у нас есть вывод уравнений для фильтров верхних / нижних частот, используемых в фазовращателях!

Проверьте это!

У нас есть электронная таблица, которая выполняет вычисления, описанные ниже, вы можете получить ее бесплатно в нашей области загрузки.

На этой странице мы показываем точные расчеты для тройниковых и пи-образных фильтров с сосредоточенными параметрами для достижения любого фазового сдвига при любой частоте и характеристическом сопротивлении.

Если требуется постоянный фазовый сдвиг в широком диапазоне частот, фазовращатель с переключением фаз не будет его сокращать. Фазовращатель высоких / низких частот может обеспечить почти постоянный фазовый сдвиг на октаву или более. Под «верхними / нижними частотами» мы понимаем тот факт, что одно плечо формирует фильтр верхних частот, а противоположное плечо формирует фильтр нижних частот.Второе преимущество фазовращателя верхних / нижних частот состоит в том, что он предлагает очень компактную компоновку, поскольку вместо линий задержки обычно используются сосредоточенные элементы. Это важное соображение для «низкочастотных» схем (т.е. ниже X-диапазона), поскольку линии передачи с задержкой могут быть довольно большими. Очевидно, что частоты среза двух схем фильтров должны быть вне диапазона фазового сдвига, чтобы эта схема работала.

На рисунке ниже показан прогнозируемый фазовый отклик для 90-градусного фазовращателя с сосредоточенными элементами верхних / нижних частот, оптимизированного для работы в C-диапазоне.

Фазовращатель высоких / низких частот, диапазон C 90 градусов, бит

Ссылаясь на схему ниже, значения сосредоточенных элементов в моделировании: C1 = 1,40 пФ, L1 = 2,09 нГн, C2 = 0,40 пФ и L2 = 0,63 нГн; они были определены с помощью оптимизатора в имитаторе ADS компании Agilent для достижения наиболее ровной фазовой характеристики в диапазоне от 4 до 8 ГГц. Это идеальный фазовращатель, вкладом фазы вставки переключателя при моделировании пренебрегли. Фазовращателям высоких / низких частот обычно требуются два управляющих сигнала для переключения переключателей (мы обсудим некоторые, которым не нужны два переключателя в ближайшее время). В диапазоне от 4 до 8 ГГц фазовый сдвиг (зеленая кривая) находится в пределах от -90 до -99 градусов, что почти невозможно при использовании фазовращателя с переключателем. Согласно нашему соглашению Microwaves101, верхний проход обеспечивает эталонное состояние, поскольку он обеспечивает наименее отрицательную фазу вставки.

На практике различие между фазовращателями с коммутацией линий и фазовращателями верхних / нижних частот размыто. В сетях фильтров используются сосредоточенные конденсаторы, но катушки индуктивности — это просто линии передачи с высоким характеристическим сопротивлением.

Топология фазовращателя верхних / нижних частот с тройниковыми цепями

Между прочим, вы найдете похожие схемы в документе Word, который вы можете получить бесплатно в нашей области загрузки, он называется Electronic_Symbols_xx.doc, где xx — номер редакции.

Расчет точных значений сосредоточенных элементов

В предыдущем примере для определения значений L и C использовался оптимизатор. Но вы можете использовать простую математику, чтобы найти значения, которые дадут вам точный результат на центральной частоте, а затем, если хотите, оптимизировать значения для вашего частотного диапазона.

У вас есть два эквивалентных варианта для каждого фильтра: тройник или пи; ваше решение может быть обусловлено тем, какая из них предлагает более компактную компоновку, или, возможно, одна сеть нарушит правило проектирования минимального размера конденсатора. Ниже приведены аннотированные схемы, чтобы избежать путаницы. Обратите внимание, что вы можете использовать больше сосредоточенных элементов, чем три показанных, но обычно три элемента будут работать нормально. Фактически, сеть нижних частот можно аппроксимировать только линией передачи с высоким сопротивлением, в этом случае вам понадобится только один элемент!

Вот уравнения для идеальных значений сосредоточенных элементов.Для фазового бита с фазовым сдвигом Φ используйте Φ / 2 в уравнениях, чтобы получить половину фазового сдвига от каждой сети. В учебнике по этим уравнениям (в несколько иной форме) упоминается книга Роберта Вебера Introduction to Microwave Circuits.

Обратите внимание, что при использовании Excel фаза Φ выражается в радианах.

Благодаря Авинашу Шарме, теперь у нас есть вывод уравнений для фильтров верхних и нижних частот, используемых в фазовращателях. Проверить это!

Ниже приведены точные значения сосредоточенных элементов для четырех разных битов на частоте 6 ГГц (которые, конечно, мы рассчитали в электронной таблице!). Вы можете масштабировать значения L и C как 1 / частота, или создать свою собственную таблицу, или подождать, пока мы опубликуем наш на днях.Помните, что каждый фильтр обеспечивает половину желаемого фазового сдвига, то есть фильтр LP на 22,5 градуса обеспечивает фазу 11,25 градуса (отрицательную).

Теперь давайте сравним значения катушки индуктивности и конденсатора из уравнений с предыдущим примером, который был получен с помощью оптимизатора для диапазона 6 ГГц, 90 градусов с использованием тройниковых цепей. Они довольно близки!

	Вычислено	Оптимизировано
L1	1.876 нГн	2,09 нГн
C1	1,281 пФ	1,40 пФ
L2	0,549 нГн	0,63 нГн
C2	0,375 пФ	0,40 пФ

Мы часто получаем отзывы от инженеров о невозможности получения нестандартных значений индуктивности и конденсатора. Большинство конструкций фазовращателей имеют формат монолитного микроволн (MMIC), где вы можете создать любой элемент с сосредоточенными значениями, какой захотите, с учетом ограничений по размеру и способности справляться с паразитными эффектами.

Теперь взгляните на нашу электронную таблицу, которая выполняет вычисления сосредоточенных значений элементов и отображает отклик по частоте!

Пример 1 фазовращателя с сосредоточенным элементом

Давайте посмотрим на фазовращатель MMIC, который использует технику сосредоточенных элементов на частоте 35 ГГц, TGP 2104 компании Qorvo. Пока мы говорим об этом, мы пишем «MMIC» вместо «MMIC», потому что мы произносим аббревиатуру «mimic». а не «MMIC», вы можете это докопаться до IEEE?

Переключатели с обратной связью состоят из последовательных полевых транзисторов переключателя с вертикально выровненными пальцами затвора.При подаче напряжения на полевые транзисторы до +5 В (подается контактной площадкой «V2») управляющее напряжение (V1) становится положительным (0 или 5 вольт) вместо нормального отрицательного напряжения, связанного с переключаемыми полевыми транзисторами. Есть много чего, чего нельзя увидеть на карте кристалла, в том числе несколько дорогостоящих резисторов, завершающих цепь смещения; где-то должен быть «инвертор» для подачи дополнительной логики на два полевых транзистора переключателя; вы не можете увидеть заглушки на входных и выходных ВЧ линиях, они встроены в ВЧ тракты. На каждой из площадок смещения есть видимые диоды защиты от электростатического разряда, подключенные к заземляющим переходным отверстиям правой точки ВЧ-зонда.

Сеть нижних частот находится на северной стороне микросхемы и использует топологию тройника, сеть высоких частот находится на южной стороне и также использует топологию тройника. Расчетные значения для L1, C1, L2 и C2 составляют 0,227 нГн, 0,091 пФ, 0,227 нГн и 0,091 пФ соответственно. Мы упоминали, что для идеального расчета 180 бит L и C одинаковы для сетей HP и LP?

Во многих реальных фазовращателях вы обнаружите, что более 50% фазового сдвига выполняется в цепи нижних частот и менее 50% — в цепи верхних частот.Почему? Кажется, это дает лучшую пропускную способность! Именно это и происходит в TGP2104. Последовательные индукторы в сети LP длиннее, чем шунтирующие индукторы в сети HP. Таким образом, сеть LP дает, возможно, фазовый сдвиг -135 градусов, а сеть HP дает +45 градусов.

Этот бит фазовращателя имеет потери около 4 дБ, что нежелательно, но понятно. Эта потеря вызвана в первую очередь полевыми транзисторами переключателя. По мере увеличения частот миллиметрового диапазона размеры переключаемых полевых транзисторов должны быть уменьшены, чтобы минимизировать их паразитную выходную емкость, которая увеличивает их сопротивление в открытом состоянии.

Итак, что это за три крошечных тромбона на индукторах? Это позволяет инженерам Qorvo возиться с конструкцией в лаборатории, чтобы оптимизировать отклик, разрезая и раскалывая металл. Несмотря на то, что им принадлежит GaAs литейный завод и моделей, они часто прибегают к этой утомительной уловке. Можно подумать, что они удалят остатки перед тем, как создадут производственную маску (или лист данных). Отличный вариант, вселив уверенность в моделировании для остальных клиентов-литейщиков!

.

No related posts.