§ 6.2. Фазовые манипуляторы

Лавинообразный рост перерабатываемой в РЭА информации ставит проблемы повышения скорости обработки сигнала в цифровых системах передачи (до сотни мегабит и выше) при сохранении требований к достоверности принятого сообщения. Задачи этого класса эффективно решаются методами, использующими двукратную фазовую манипуляцию сигнала. Ключевым функциональным узлом устройств, реализующим эти методы, являются фазовые манипуляторы (ФМ) с дискретным уровнем фаз и

Известные миниатюрные ФМ, построенные на принципах ОИС с использованием «магических» -соединений [354], имеют ограничения по полосе рабочих частот из-за необходимости параллельного включения диодов с помощью четвертьволновых разомкнутых шлейфов на НПЛ. Этот недостаток отсутствует в ФМ [355] (рис. 6.6, а), выполненном на кольцевом мосте (гл. 4, § 4.2). Использование СЩЛ позволяет осуществлять параллельное включение диодов, минуя дополнительные устройства согласования.

ФМ представляет собой замкнутый отрезок СЩЛ, выполненный в виде кольца (длины к которому диаметрально противоположно подключена входная СЩЛ и выходная НПЛ (рис. 6.6, а). Принципиальным отличием такой схемы от традиционных является то, что -градусный фазовый сдвиг обеспечивается в -соедине-нии СЩЛ и является частотно-независимым. Эта цепь представляет собой отрезок СЩЛ длины закороченный на конце импедансом открытого диода. Ширина полосы рабочих частот в таком устройстве не превышает октавы.

Рассмотренный ФМ, выполненный на поликоровой подложке толщины с использованием GaAs диодов Шоттки, в полосе частот 1,6-2,8 ГГц имеет следующие экспериментальные характеристики: величина, подавления несущей — более потери преобразования на одну боковую — менее паразитная амплитудная модуляция — не более неравномерность амплитудно-частотных характеристик — менее В эксперименте в качестве модулирующего сигнала использовался сигнал меандрового тина с частотой Для подачи сигнала на вход СЩЛ использовался специальный переход СЩЛ НЩЛ, имеющий полосу рабочих частот от 1 до при

Сужение полосы в реальном модуляторе связано с повышенным сопротивлением потерь диода, которое приводит к снижению добротности четвертьволнового шлейфа. Это влияние можно несколько

ослабить, применив в конструкции ФМ гибридный кольцевой мост с периметром Последнее позволяет включить два дополнительных диода (рис. 6.6, б), благодаря чему практически вдвое увеличивается динамический диапазон ФМ.

На рис. 6.6, г представлены зависимости прямых потерь и фазового сдвига в ФМ, изображенном на рис. 6.6, б, от тока через диоды.

Рис. 6.6. (см. скан) Фазовый манипулятор: а) с двумя диодами; б) с четырьмя диодами; е) с внутренним полуволновым шлейфом; г) зависимость фазы сигнала (1) и развязки плеч (2) от тока, подаваемого на диоды; д) частотные характеристики прямых потерь в зависимости от внутреннего сопротивления диода

Видно, что состояние фазы сигнала и на выходе ФМ практически достигается при токах через диоды около При этом время переключения диодов составляет менее 2 не. Анализ прямых потерь в переходном процессе показал, что при

ствии управляющего тока плечи ФМ развязаны (потери достигают 35 дБ), а при токах свыше 2 мА - потери менее 1 дБ. Таким образом, электрические характеристики ФМ имеют ярко выраженный релейный характер. Полоса рабочих частот рассмотренного ФМ составляет октаву. Имеются определенные возможности существенно расширить полосы рабочих частот подобных ФМ путем модификации их схем к виду, показанному на рис. 6.6, в. Для этого внутрь кольца, образованного СЩЛ, дополнительно вводится четвертьволновый отрезок СЩЛ (с высоким волновым сопротивлением), соединяющий две противоположные стороны кольца. В местах соединения этого отрезка с кольцом в замкнутую СЩЛ последовательно включены два диода.

С применением САПР ГИС СВЧ [356] такая структура ФМ была промоделирована и оптимизирована с целью достижения максимальной полосы рабочих частот. При этом волновое сопротивление замкнутой СЩЛ составило 50 Ом, а введенного отрезка Ом. На рис. приведены расчетные характеристики прямых потерь оптимизированного ФМ для различных значений внутреннего сопротивления диода (барьерная емкость диода предполагалась равной Полученные результаты показывают, что модифицированная схема ФМ при сохранении всех электрических параметров обладает большей полосой рабочих частот: от 1 до 4 ГГц. Для сравнения на рис. приведена расчетная характеристика (штриховая кривая) прямых потерь для ФМ, показанпого на рис. 6.6, а. Кроме того, введение отрезка СЩЛ внутрь кольца приводит к дополнительному (около 20 дБ) подавлению поверхностной волны, возбуждаемой в Т-соединении СЩЛ и уменьшающей развязку между входом и выходом.

Необходимо отметить, что простота и технологичность рассмотренных ФМ в совокупности с хорошими электрическими характеристиками открывает широкие перспективы использования ОИС в различных устройствах фазовой обработки сигналов вплоть до миллиметрового диапазона.