Захотелось разработать микрополосковый фазовращатель на диодах, производимых на предприятии (НПП ТЭЗ), на котором работаю. Прочитал статьи, узнал основную схемотехническую идею.
В общем смысл таков: используя переключательные PIN-диоды "направлять" СВЧ сигнал по одному из двух направлений различной электрической длины и таким образом "накапливать" фазовый сдвиг.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/cf9/3dc/464/cf93dc464845460be04e4a42b5c5a6e1.png)
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, "наши" 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.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/30c/8dd/677/30c8dd67764da8b012ecb311c74df59a.png)
+- 5В означает, что если на верхнем +5В, то на нижнем -5В и наоборот. Это для того чтобы открыть/запереть нужную пару диодов. Резисторами ограничиваю ток (порядка 15мА через открытый диод). Дальше рисую топологию с нужными электрическими длинами на частоте 1 ГГц. Материал выбрал обычный - FR-4 (Eps = 4.6).
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/a01/4e8/865/a014e88657143e0e1d81b64d29655976.png)
В качестве решателя я использовал 2.5D AXIEM, сетка средней точности.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/404/a23/f5b/404a23f5b21451684509c32a91a80ec8.png)
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 64x41мм) - 5шт. за 3200р. Спаял, сделал тумблеры для переключения подачи напряжения. Получилось так.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/feb/023/e39/feb023e39ba2b8d9a9c601eb5fb4d56a.jpg)
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 сопротивлением 2-2.5Ом это не так плохо.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/e3d/a98/31c/e3da9831c433b7841428bf2e2f10175d.png)
Ну а затем самое главное - измеряем разницу фаз. Результат показываю в таблице и на графике ниже.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/b79/b9c/811/b79b9c811b57c714d8d4e61b5365a2e1.png)
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/ac9/7ca/8bb/ac97ca8bbef66b287c67c881f707180c.png)
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:
Ka-Band P-I-N Diode Based Digital Phase Shifter
Phase Shifters. Iulian Rosu, YO3DAC / VA3IUL
Phase shifters based on PIN-diodes and varactors: two concepts by comparison
Комментарии (14)
aol-nnov
17.11.2023 12:39на диодах, производимых на предприятии, на котором работаю
Ждал-ждал, а рекламы предприятия так и не наступило. Печаль.. (а мы бы, может, и заинтересовались)
Может быть, надо исправить эту оплошность? )
RV3EFE
17.11.2023 12:39+1Диоды паяли сами?
RF_Pavel Автор
17.11.2023 12:39Ага
RV3EFE
17.11.2023 12:39Мне казалось, что у большинства пин диодов малая температура нагрева при пайке. И необходимо использовать легкоплавкие припои. Это так?
RF_Pavel Автор
17.11.2023 12:39Конкретно эти диоды, по-хорошему, обычно приваривают электродом, в данном случае использовали пасту 183 градуса. Паял и другие PIN диоды предприятия (уже корпусные) даже обычным припоем ПОС-63, проблем не было.
Flammmable
17.11.2023 12:39+1Большое спасибо! Обожаю такие статьи: всё объяснено просто, понятно и наглядно.
KstnRF
Измерения в одной точке, 1 ГГц, верно?
Тогда это не совсем фазовращатель. Потому что фазовращатель работает в полосе, а у Вас переключаемые отрезки линий. Т.е. с отстройкой частоты от расчетной (1ГГц) будет изменятся разность фаз: на частоте ниже будет недобор, выше - перебор.
RF_Pavel Автор
Можно считать, что это центральная частота, в которой должен быть идеальный сдвиг. А так полосы как таковой нет, условно полоса очень узкая