14.3. Расчет фазосдвигающего гибридного кольца

Обычно ленточная меандровая линия представляет собой замедляющую структуру, нормализованная функция групповой задержки которой аппроксимируется функцией задержки низкочастотной

мостовой секции с сосредоточенными параметрами, рассмотренной в гл. 12. Более точный структурный аналог обычной мостовой секции для СВЧ диапазона может быть построен при использовании гибридного кольца на показанного на рис. 14.6, хотя метод построения не ограничивается данной конкретной схемой.

Рис. 14.6. Гибридное кольцо на в качестве полосового фаэосдвигающего устройства.

В области частот, в которой эта структура функционирует как гибридный элемент, использование двойственных импедансов, показанных на рисунке, приводит к передаточной функции этого устройства:

Когда являются чисто реактивными, соотношение (14.5) становится идентичным передаточной функции мостовой секции с сосредоточенными параметрами постоянного сопротивления (14.5) и, кроме того,

где фазовая передаточная характеристика.

На сверхвысоких частотах реактансы могут быть получены путем использования секции разомкнутых или замкнутых четвертьволновых или полуволновых резонансных линий. Если создается с помощью замкнутой полуволновой секции (т. е. цепи с последовательным резонансом), то соответствующая функция реактанса определится формулой

В относительно узком интервале частот в окрестности соотношение (14.7, б) можно аппроксимировать выражением

а фазовую передаточную функцию в этом же интервале частот можно приближенно записать в виде

Сравнивая с соотношением (12.21), которое определяет аппроксимацию О'Мира для фазовой функции мостовой схемы второго порядка в виде

мы можем заметить, что функция (14.9) идентична этому выражению, если представить как эквивалентную частоту СВЧ диапазона Следовательно, структура гибридного кольца может быть использована для синтеза дисперсионных характеристик задержки СВЧ диапазона, причем при построении схем может быть использована методика разработки низкочастотных мостовых схем С сосредоточенными параметрами, если приведенные выше аппроксимации справедливы.

Практическая реализация СВЧ гибридной кольцевой мостовой схемы рассмотрена в работе Фергюсона и Баррета 161. Их схема выполнена в виде полосковой структуры, показанной на рис. 14.7.

Рис. 14.7. Фазосдвигающая схема в СВЧ диапазоне.

Каждая показанная на рисунке полуволновая секция представляет собой открытый резонатор. Однако четвертьволновые связывающие элементы в местах расположения приводят к тому, что полуволновые секции ведут себя как соответствующие им двойственные реактансы, или полуволновые короткозамкнутые секции.

Изменяя ширину полуволновых открытых секций и расположение точек отводов связывающих линий, можно регулировать эффективное значение импеданса в резонансных секциях. Это позволяет получить необходимые значения эквивалентных частот которые дают возможность перенести один из методов О'Мира построения мостовых схем в диапазон СВЧ. Фергюсон и Баррет описали счетверенные блоки из полосковых фазосдвигающих

секций в 10-см диапазоне. Симметричная полосковая секция была изготовлена путем фототравления. Устройство это показано на рис. 14.8, причем каждый из указанных параметров оказывает влияние на характеристический импеданс.

Измерения, проведенные на полосковых фазосдвигающих секциях, указывают, что характеристики их дисперсионной задержки и амплитудный отклик аналогичны соответствующим характеристикам, полученным на низких частотах в схемах с сосредоточенными параметрами. Было найдено, однако, что на ошибки временной задержки и рассогласование импедансов сильно влияют отклонения от расчетных размеров элементов гибридного кольца и секций открытых резонаторов.

Рис. 14.8. Устройство симметричной полосковой линии.

В этом отношении полосковые секции проигрывают по сравнению с низкочастотными схемами, которые можно подстраивать после сборки. Однако это компенсируется тем преимуществом, что однажды созданная приемлемая схема, изготовленная методом фототравления, может копироваться с высокой точностью. Как и в случае низкочастотных фазосдвигающих секций, необходимый коэффициент сжатия может быть получен путем каскадного включения основных секций.

Отдельная гибридная кольцевая секция, изготовленная описанным выше способом, имеет фиксированные потери и дополнительные потери вследствие случайного рассеяния (равенство (12.42)] на центральной несущей частоте кольца. Таким образом амплитудный отклик счетверенного блока должен быть аналогичен отклику, показанному на рис. 12.6. В этом случае также будут происходить потери в цепях коррекции амплитудного отклика.

При использовании полосковых конструкций приходится ограничиваться некоторой долей ширины полосы, в которой соотношения, характерные для гибридного кольца, являются справедливыми. Кроме того, точная аналогия с функцией задержки мостовой схемы О Мира существует только в тех областях частот, где

справедлива аппроксимация импеданса резонансных секций, задаваемая соотношением (14.8). Это приводит к 15%-ному ограничению полосы, получаемой в такой структуре, если СВЧ конструкция выполнена на основе прямого метода частотного масштабного моделирования. Для сравнения укажем, что методы построения меандровых линий, предложенные Данном, основаны на использовании точных зависимостей времени задержки от частоты и позволяют использовать значительно ббльшие участки ширины полосы. Аналогичные точные методы расчета и проектирования могут быть разработаны и для гибридного кольца, так же как и других СВЧ аналогов фазосдвигающих схем.