Фазообертачі

Фазообертачі є невід’ємною частиною багатьох електронних систем. Розробка цих елементів набула особливої актуальності завдяки сучасній тенденції до побудови прийРисьно-передавальних трактів комунікаційних систем за багатоканальними схемами. Керування фазою та амплітудою сигналу у кожному каналі дозволяє впровадити досконаліші методи обробки сигналів та, за рахунок цього, істотно поліпшити чутливість приймачів та знизити вимоги до потужності передавачів.

В сучасній електроніці набули вжитку швидкодіючі цифрові системи, які характеризуються високою надійністю, а їх можливості зростають завдяки невпинному підвищенню тактових частот. Завдяки досягненням технології напівпровідників широко застосовуються також інтегральні схеми надвисоких частот (НВЧ), основою яких є інтегральні лінії передачі НВЧ та елементи на їх основі. В зв’язку з цим, актуальною є задача створення швидкодіючих, ефективних та мініатюрних компонентів, які були б технологічно сумісними з інтегральними мікросхемами, що дало б змогу інтегрувати радіочастотну частину та систему обробки сигналів на одному кристалі.

Твердотільні фазообертачі виготовляються переважно з використання варакторів та p‑i‑n -діодів. Вони характеризуються Рисими габаритами, мають високу швидкодію, однак діапазон робочих частот таких приладів обмежений. Суттєвими недоліками фазообертачів на p‑i‑n -діодах є порівняно високий рівень втрат та наявність фазової похибки при роботі у широкому діапазоні частот. Тому актуальною є задача вдосконалення відомих конструкцій фазообертачів на p‑i‑n -діодах з метою зменшення внесених втрат, а також зменшення фазової похибки.

У науковій літературі є повідомлення про створення GaAs фазообертачів, які працюють у діапазоні довжин хвиль до 1 мм. Однак принцип їх роботи ґрунтується на керуванні провідністю, що неминуче призводить до збільшення рівня внесених втрат. Разом з тим, у публікаціях останніх років повідомляється про спроби створення фазообертачів з використанням сегнетоелектричних плівок. Очікується, що такі прилади матимуть широкий діапазон робочих частот та привабливі показники, однак, все ще є технологічні труднощі при їх виготовленні.

Разом з тим, з кінця 80‑х років ХХ ст. в Україні почав розвиватися новий напрямок створення фазообертачів з використанням електромеханічного керування. Так, в одній з реалізацій переміщувалась діелектрична пластина біля поверхні хвилеводної фін-лінії. Пізніше в зарубіжних публікаціях з’явилися повідомлення про спроби створити фазообертачі з подібним принципом керування, але стосовно мікрополоскових та копланарних ліній. Переміщення діелектричного тіла поблизу лінії передачі збурює розподіл її електромагнітного поля, що можна спостерігати як зміну ефективних параметрів приладу. Такий підхід забезпечує ряд переваг. Зокрема, у таких лініях передачі поширюється квазі-ТЕМ хвиля, тому пристрої на їх основі характеризуються широким діапазоном робочих частот. Завдяки використанню високодобротних діелектричних матеріалів є можливість знизити рівень внесених втрат. Однак існують і суттєві обмеження. Так, для практичного використання необхідно забезпечити достатню швидкодію приладу. Разом з тим, передбачається, що керування буде відбуватися за допомогою п’єзоелектричного актюатора, який забезпечує високу швидкодію тільки при порівняно Рисих механічних переміщеннях. Тому актуальною є задача пошуку таких принципів електромеханічного керування, які характеризуються високою чутливістю та дозволяють зменшити керуючі напруги, збільшити відносний фазовий зсув, а за рахунок зменшення маси переміщуваних частин – підвищити стійкість до вібрацій.

Отже, в роботі розглядаються принципи застосування електромеханічного керування для створення фазообертачів надвисоких частот на основі мікрополоскових та копланарних ліній.