Фазовращатель. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Фазовращатель - устройство, осуществляющее поворот фазы электрич. сигнала. Широко используется в разл. радиотехн. устройствах - антенной технике, технике связи, радиоастрономии, измерит. технике и др. (см. также Антенна, Радиоприёмные устройства, Радиопередающие устройства). Ф. подразделяются на фиксированные (с фиксированным фазовым сдвигом) и регулируемые (с регулируемым фазовым сдвигом).

Простейшим фиксированным Ф. является отрезок линии передачи. Фазовый сдвиг, вносимый таким Ф.,

где l-длина Ф., l - длина волны в линии передачи .В таком Ф. фазовый набег пропорц. рабочей частоте. Диффе-ренц. фазовый сдвиг, являющийся разностью фазовых сдвигов, вносимых трактом с Ф. (р а б о ч и й к а н а л) и трактом без Ф. (о п о р н ы й к а н а л), в этом случае также пропорц. частоте. Введением спец. корректирующих цепей можно получить постоянный в диапазоне рабочих частот фазовый сдвиг в рабочем канале относительно фазового сдвига в опорном канале. В качестве корректирующих цепей используется обычно одна или неск. секций связанных однородных линий, каскадно соединённых между собой, как показано на рис. 1. Соответствующим выбором параметров связанных линий в Ф. может быть получен заданный фазовый сдвиг относительно опорного канала, не изменяющийся в полосе рабочих частот. Типичные фа-зочастотные характеристики Ф. на связанных линиях и линии опорного канала приведены на рис. 2. Для получения фиксированного фазового сдвига, равного 90°, могут использоваться направленные ответвители с равным делением мощности, в выходных плечах к-рых сигналы сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90° во всём диапазоне рабочих частот.

Рис. 1. Фазовращатель на связанных линиях передачи.

Рис. 2. Фазочастотные характеристики рабочего и опорного каналов фазовращателя на связанных линиях передачи.

Регулируемые Ф. подразделяются на Ф. с электрич. и "ручным" управлением. В Ф. с "ручным" управлением регулировка фазы может осуществляться за счёт изменения геом. длины линии либо за счёт изменения длины волны в линии. Геом. длина может регулироваться, напр., в телескопич. конструкции линии. Регулировка длины волны в линии может осуществляться регулировкой параметров заполняющей среды, напр., при помощи перемещения в линии диэлектрич. пластины с достаточно высокой ди-электрич. проницаемостью. Электрич. регулировка фазы осуществляется с помощью активных элементов с управляемым сопротивлением, в качестве к-рых могут применяться полупроводниковые диоды.

Рис. 3. Фазовращатель типа периодически нагруженной линии.

По характеру перестройки фазы Ф. подразделяются на аналоговые и дискретные соответственно с плавной и ступенчатой регулировкой вносимого фазового сдвига. По методу построения-на проходные и отражательные. Ф. проходного типа используют свойство изменения фазы коэф. передачи при изменении нагрузки линии, а Ф. отражательного типа - фазы коэф. отражения. Пример ячейки проходного Ф., выполненного по схеме типа периодически нагруженной линии, приведён на рис. 3. Фазовый сдвиг Ф., вносимый такой ячейкой, и коэф. отражения от входа Г_вх определяются ф-лами

где Y_о - волновая проводимость линии, В-реактивная проводимость нагрузок линии, q=2pl/l -электрич. длина линии, l-геом. длина линии. Если

то ячейка Ф. оказывается согласованной. При изменении проводимости В в процессе регулировки вносимого фазового сдвига возникаем рассогласование. Макс. величина фазового сдвига в Ф. типа периодически нагруженной линии ограничивается допустимым уровнем рассогласования.

Рис. 4. Фазовращатели с фильтрами верхних и нижних частот Т- и П-типов.

Другой разновидностью проходного Ф. является Ф. с фильтрами верхних (ФВЧ) или нижних (ФНЧ) частот. Схемы таких Ф. с ячейками Т- и П-типов приведены на рис. 4. Фазовый сдвиг и коэф. отражения от входа ячейки Ф. Т-типа определяются ф-лами

Здесь X, В-соответственно последовательное реактивное сопротивление и параллельная реактивная проводимость ячейки,

-волновое сопротивление линии. Как видно из (5), Г_вх = 0, если

Для Ф. П-типа в ф-лах (4)-(6) X и В меняются местами. Если условие (6) в процессе регулировки выполняется, то Ф. остаётся согласованным во всём диапазоне регулировки фазы. Одновременная регулировка ёмкостных и индуктивных элементов фильтров, при к-рой условие (6) выполняется, затруднительна. Поэтому Ф. с ФВЧ и ФНЧ, как правило, используются для дискретной регулировки фазы. Переключение фазы в таких Ф. осуществляется переключением фильтров ФВЧ и ФНЧ. Схема ячейки дискретного Ф. с ФВЧ и ФНЧ приведена на рис. 5. В каждом из фильтров

Ф. условие (6) должно выполняться. Эта схема дискретного Ф. по принципу работы близка к Ф. типа переключаемых каналов. В этих Ф. переключаются не фильтры, а отрезки линий передачи (каналы), имеющие разл. длины.

Рис. 5. Дискретный фазовращатель с фильтрами верхних и нижних частот.

Рабочий канал может содержать описанную выше корректирующую цепочку для выравнивания фазочастотной характеристики.

В Ф. отражательного типа фаза коэф. отражения регулируется сопротивлением оконечной нагрузки линии. Зависимость фазы коэф. отражения от сопротивления нагрузки

Если сопротивление нагрузки линии носит чисто реактивный характер, что, как правило, имеет место в аналоговых Ф., где используются управляющие элементы с малыми активными потерями, такие, как диоды с нелинейной ёмкостью, работающие при обратном смещении р-n-пере-хода, то

где Х_н - реактивное сопротивление нагрузки линии.

Рис. 6. Комплексные плоскости коэффициентов отражений Г в сечении переключательного элемента (а) и на входе четырёхполюсника (б).

В дискретных Ф. в качестве управляющих элементов применяются pin-диоды, переключательные диоды с Шоттки барьером и др. В этих диодах необходимо учитывать активные потери, к-рые к тому же могут не оставаться постоянными при переключении. Если переключат. элемент непосредственно включить в линию, то фазы и амплитуды отражённых волн будут определяться комплексными коэф. отражений Г₁ и Г₂, соответствующими сопротивлениям переключат. элемента в каждом из состояний

На комплексной плоскости коэф. отражений Г, показанной на рис. 6 (а), эти коэф. отражений изображаются радиус-векторами ОГ₁ и ОГ₂, лежащими внутри единичной окружности C₁. Для получения необходимой разности фаз с пост. значениями амплитуд отражённых волн в каждом из состояний (или с заданным отношением амплитуд) перед переключат. элементом включается спец. четырёхполюсник, осуществляющий преобразование коэф. отражения Г₁ и Г₂ в сечении переключат. элемента в коэф. отражения

на входе четырёхполюсника. На комплексной плоскости коэф. отражений r, показанной на рис. 6 (б), эти коэф. отражений изображаются радиус-векторами

внутри единичной окружности С₂. Преобразование единичной окружности в единичную окружностъ осуществляется дробно-линейным конформным отображением вида

где

-точка внутри единичного круга в комплексной плоскости Г, переходящая в центр единичного круга в комплексной плоскости р;

-число, комплексно сопряжённое с числом Г₀;q-произвольное действит. число, определяющее поворот конформного отображения относит. центра r₀=0. Выбором положения точки Г₀ в единичном круге С₁ на комплексной плоскости Г можно добиться необходимого положения радиус-векторов r₁ и r₂ на комплексной плоскости коэф. отражения. Для этого должны выполняться условия

где DФ, h -заданные значения сдвига фаз и отношения амплитуд векторов коэф. отражения Ф. Поскольку точка Г₀ переходит в центр единичной окружности на преобразованной плоскости коэф. отражения r, то она оказывается согласованной в этой плоскости. Следовательно, функция четырёхполюсника, включённого перед переключат. элементом, сводится к согласованию нек-рого фиктивного комплексного сопротивления

соответствующего коэф. отражения Г₀. Это фиктивное сопротивление, называемое "согласуемый импеданс", определяется сопротивлениями переключат. элемента в каждом из состояний и заданными параметрами Ф. и может быть найдено по коэф. отражения Г₀, определяемому ф-лами (10), (11). Напр., для Ф. на 180° с равными амплитудами в каждом из состояний

Для обеспечения заданных параметров Ф. в широкой полосе частот необходимо согласование согласуемого импеданса Z_c во всей рабочей полосе частот.

Разделение падающей и отражённой волн в Ф. отражат. типа осуществляется при помощи спец. развязывающих устройств, таких, как Y-циркуляторы или направленные ответвители с равным делением мощности в выходных плечах. Работа Ф. отражат. типа с Y-циркулятором основана на однонаправленном прохождении сигнала по Y-циркулятору. Сигнал, поданный на один из входов Y-циркулятора, полностью поступает на др. его вход, к к-рому подключена отражат. ячейка Ф. Отражённый от ячейки сигнал поступает на третий вход Y-циркулятора, являющийся выходом Ф.

В Ф. с направленным ответвителем отражательные ячейки подключают к прямому и ответвлённому плечам. Сигналы, поступающие со входа направленного ответвителя на отражат. ячейки, равны по амплитуде и находятся в квадратуре. Отражённые от отражат. ячеек сигналы поступают на вход и выход Ф. Если отражат. ячейки идентичны, то на входе направленного ответвителя сигналы находятся в противофазе, а на выходе - в фазе и, следовательно, полностью поступают на выход Ф. В качестве развязывающих устройств могут использоваться также кольцевые гибридные соединения длиной 3l/2 Отражат. ячейки подключаются к развязанным входам гибридного соединения. Поскольку поступающий на вход сигнал достигает развязанных входов в фазе, то для обеспечения необходимого 90°-ного фазового сдвига перед одной из отражат. ячеек должен быть установлен дополнительный четвертьволновый отрезок линии либо др. фиксированный Ф. Это при идентичности отражат. ячеек обеспечивает суммирование отражённых сигналов в четвёртом плече гибридного соединения, являющемся выходом Ф., и их отсутствие во входном плече.

Литература по фазовращателям

Знаете ли Вы, что такое мысленный эксперимент, gedanken experiment?
Это несуществующая практика, потусторонний опыт, воображение того, чего нет на самом деле. Мысленные эксперименты подобны снам наяву. Они рождают чудовищ. В отличие от физического эксперимента, который является опытной проверкой гипотез, "мысленный эксперимент" фокуснически подменяет экспериментальную проверку желаемыми, не проверенными на практике выводами, манипулируя логикообразными построениями, реально нарушающими саму логику путем использования недоказанных посылок в качестве доказанных, то есть путем подмены. Таким образом, основной задачей заявителей "мысленных экспериментов" является обман слушателя или читателя путем замены настоящего физического эксперимента его "куклой" - фиктивными рассуждениями под честное слово без самой физической проверки.
Заполнение физики воображаемыми, "мысленными экспериментами" привело к возникновению абсурдной сюрреалистической, спутанно-запутанной картины мира. Настоящий исследователь должен отличать такие "фантики" от настоящих ценностей.

Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.

Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").

Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.

Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.

Понятие "мысленный эксперимент" придумано специально спекулянтами - релятивистами для шулерской подмены реальной проверки мысли на практике (эксперимента) своим "честным словом". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.