Разработка диэлектрического фазовращателя (диапазон рабочих частот - 4-5 ГГц, максимально передаваемая мощность - 0,5 Вт)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Проектирование и технология электронных средств»

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине проектирование СВЧУ

Тема: «Фазовращатель».

Разработала                                                                                  Проверил

Студентка гр. РЗ-41                                                                  преподаватель

Тарасова Н.Н.                                                                              Иванов Б.П.

Ульяновск 2008 г.

Введение

Развитие техники сверхвысоких частот, разработка широкополосных генераторных и усилительных электровакуумных приборов вызвали необходимость создания широкополосных элементов СВЧ тракта: волноводно-коаксиальных переходов, аттенюаторов, фазовращателей, детекторных головок, гибридных соединений и т.п.

Особый интерес представляют такие элементы СВЧ как фазовращатели, которые широко используются в технике сверхвысоких частот.

Данная курсовая работа  проводится для проверки и закрепления теоретических знаний, полученных при изучении теоретического курса. В ходе курсовой работы необходимо провести ознакомление, исследование и проектирование  СВЧ устройства.

В данном случае объектом изучения является фазовращатель, предназначенный для изменения фазы сигналов на выходе. Наша задача сводится к выбору типа фазовращатель, подбору диэлектрической пластины, расчету ее длины. Далее мы должны выбрать материал конструкции, описать технологию изготовления устройства, рассчитать допуск и оценить надежность конструкции. 

Параметры фазовращателя

 согласно условию ТЗ:

Диапазон рабочих частот 4-5 ГГц;

Пределы изменения разности фаз 0…90;

Максимально передаваемая мощность 0,5 Вт;

Вход и выход на стандартные разъемы с волновым

 сопротивлением 50 Ом;

K_CTU входа не более 1,1;

1.Краткий анализ устройств или узлов, решающих ту же задачу,

что и разрабатываемое устройство или узел.

          Фазовращателями называются устройства, изменяющие электрическую длину тракта, в результате чего происходит изменение фазы сигналов на выходе. Электрическая длина тракта выражается γl,  где γ-постоянная распространения,  l-геометрическая длина тракта . Отсюда возможны два пути создания фазовращателей: за счет изменения постоянной распространения γ,  за счет изменения длины l.

          При использовании второго способа изменения фазы колебаний будет равно

,                             

        где 

λ  длина волны в линии;

∆l– изменение геометрической длины  линии .

          Этот способ используется в коаксиальных фазовращателях, где изменение длины линии осуществляется с помощью реечного зацепления (рис.1) либо микрометрического винта. Отсчет величины сдвига фазы производится по шкале и по нониусу, нанесенным на подвижную и неподвижную части корпуса коаксиальной линии, а во втором случае - по делениям микрометрического винта.

Рис.1

Постоянная распространения

где     α– постоянная затухания ;         β– фазовая постоянная

Из выражения (1)  и (3) видно, что регулировку фазы можно осуществить путем изменения критической длины волны λкр (другими словами, путем изменения поперечного размера волновода “а”). Зависимость между λв – длиной волны в волноводе, λ– длиной волны в свободном пространстве , λкр – критической длиной волны и размером поперечного сечения волновода “а”  выражается формулами

,  

Регулировку фазы колебаний можно осуществить также и путем изменения диэлектрической или магнитной проницаемости среды, заполняющей волновод, как это следует из выражений (1) и (3).

          Для основного типа  волны в прямоугольном волноводе H10 критическая длина волны λкр=2а, где а – размер широкой стенки волновода. Следовательно. Изменяя размер “а”, можно получать различные значения λкр.

Таким образом, фазовращатели, работающие по принципу управления фазовыми постоянными, можно разделить на следующие типы: 

·  щелевые,

·  диэлектрические

·  ферритовые.

 ,

 Щелевые

          На рис.2 приведена конструкция волноводного фазовращателя первого типа (в виде сжимной линии). Он представляет собой отрезок волновода со щелями, прорезанный вдоль оси симметрии обеих широких стенок. В этом случае вазовый сдвиг может быть осуществлен изменением размера волновода в направлении, перпендикулярному вектору электрического поля волны типа H10. При сжатии и разжатии щели с помощью специального механизма изменяется размер “а” широкой стенки волновода и, следовательно, длина волны в волноводе, как это следует из выражений (5) и (4). Если l– длина линии между двумя определенными сечениями волновода, то сдвиг фазы на этом участке при бегущей волне

,                             

при стоячей волне

,                            

где Δλв – изменение длины волны в волноводе, определяемое изменением размера “а”

          Сжатие волновода приводит к возрастанию величины λв и уменьшению фазового сдвига на единицу длины. Размеры щели выбираются так, что при полном его сжатии электрическая длина линии изменялась не менее, чем на 2π. Изменение линейных размеров сечения волновода осуществляется с помощью микрометрического винта. Отсчет величины сдвига фазы производится по шкале и нониусу, нанесенным соответственно на неподвижную и подвижную часть микрометрической головки