СВЧ фазовращатель
Захотелось разработать микрополосковый фазовращатель на диодах, производимых на предприятии, на котором работаю. Прочитал статьи, узнал основную схемотехническую идею.
В общем смысл таков: используя переключательные PIN-диоды «направлять» СВЧ сигнал по тому или одному из двух направлений различной электрической длины и таким образом «накапливать» фазовый сдвиг.
Таких узлов-ячеек, как на рисунке, обычно делается несколько, отличаются длины кратно, например на: 22.5°, 45°, 90°, 180°. Комбинируя эти сдвиги можно получить любой фазовый сдвиг в интервале 0…360 с шагом, равным минимальному сдвигу (в данном примере — 22.5°)
В общем, я выбрал частоту 1 ГГц, бескорпусные PIN-диоды 2А553 (С = 0.02пФ и R = 2.5Ом) и стал моделировать в AWR. Ниже привожу электрическую схему в Multisim, поскольку там красивее рисуется.
± 5В означает, что если на верхнем +5В, на нижнем -5В и наоборот. Это для того чтобы открыть/запереть пару диодов. Резисторами ограничиваю ток (порядка 15 мА через открытый диод). Дальше рисую топологию с нужными электрическими длинами на частоте 1 ГГц. Материал выбрал обычный FR-4 (Eps = 4.6).
В качестве решателя я использовал 2.5D AXIEM, сетка средней точности.
Изначально я моделировал кусками, чтобы идеально точно подогнать разницу длин полосков под требуемую электрическую длину, а потом объединил вместе. Результаты моделирования показывать не буду, они не сильно наглядны, просто смотрел на разницу фаз.
Заказал в Резоните платы (получились 64×41 мм) — 5шт. за 3200р. Спаял, сделал тумблеры для переключения подачи напряжения. Получилось так.
После сборки и калибровки векторного анализатора первым делом решил посмотреть потери (я за них не бился — просто интересно было). В итоге получилось 2 дБ, учитывая не очень СВЧовый материал FR4 и 8 последовательных диодов с сопростивлением 2–2.5Ом это не так плохо.
Ну, а затем самое главное — измеряем разницу фаз. Результат показываю на таблице и графиках ниже.
Наибольшее отклонение — 4.9°. Можно отследить, что участки 90° и 180° получились почти идеальными (отклонение < 0.2°). Соответственно, в следующей итерации можно подправить только 22.5° (1° отклонения) и 45° (1.65° отклонения).
Статьи:
https://ieeexplore.ieee.org/document/8231051
https://ieeexplore.ieee.org/document/8539932
https://www.qsl.net/va3iul/Phase_Shifters/Phase_Shifters.pdf
https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00013105
