Фазовращатель и его разновидности¶

Фазовращатель — устройство или функциональный узел, предназначенный для изменения фазы электрического сигнала (обычно гармонического колебания) без существенного изменения его амплитуды и частоты. Фазовращатели применяются в радиотехнике, связи, радиолокации, антенно-фидерных системах и измерительной технике. Основной количественной характеристикой служит вносимый фазовый сдвиг — разность фаз между входным и выходным сигналами, выражаемая в градусах или радианах.

¶Принцип действия

Фазовый сдвиг возникает при прохождении сигнала через цепь, обладающую реактивным сопротивлением, либо за счёт изменения электрической длины пути сигнала. В общем виде вносимый сдвиг определяется соотношением между активными и реактивными компонентами цепи и зависит от частоты. Различают фиксированные и регулируемые фазовращатели; последние позволяют плавно или дискретно изменять сдвиг в заданных пределах.

¶Классификация

¶По способу управления

• Аналоговые (плавные) — сдвиг меняется непрерывно, например изменением ёмкости варикапа или положения движка в RC-цепи.
• Дискретные (цифровые) — сдвиг принимает конечный набор значений; управляются кодом и часто строятся на коммутируемых линиях задержки или фазовых битах.

¶По элементной базе

• RC-фазовращатели — простейшие, на резисторах и конденсаторах; используются в низкочастотных и звуковых трактах.
• LC-фазовращатели — на катушках индуктивности и конденсаторах, применяются на радиочастотах.
• Ферритовые — используют управляемое магнитным полем намагничивание феррита; характерны для СВЧ-диапазона.
• Полупроводниковые (диодные, транзисторные) — на PIN-диодах, варикапах, транзисторных ключах.
• Микрополосковые и интегральные — реализуются в планарных и монолитных СВЧ-схемах.

¶По типу линии передачи

Фазовращатели выполняют на коаксиальных, волноводных, микрополосковых и оптических линиях. В волноводной технике сдвиг получают с помощью диэлектрических пластин, штырей или секций с изменяемой геометрией.

¶Применение

• Фазированные антенные решётки (ФАР) — управляемые фазовращатели в каждом излучателе формируют и сканируют диаграмму направленности без механического перемещения антенны.
• Радиолокация и связь — фазовая модуляция, формирование сигналов, компенсация задержек.
• Измерительная техника — фазометры, калибровка трактов, эталоны фазового сдвига.
• Аудиотехника — фазовые фильтры, коррекция временных задержек между каналами.
• Квантовая и оптическая техника — фазовые пластинки, интерферометры, управление поляризацией и фазой света.

¶Ключевые параметры

¶Особенности и ограничения

Фазовый сдвиг большинства пассивных цепей зависит от частоты, поэтому широкополосные фазовращатели строят по схемам, обеспечивающим постоянство сдвига в заданной полосе. Дискретные устройства характеризуются разрядностью: чем больше фазовых битов, тем выше точность, но сложнее управление. В СВЧ-трактах существенны потери и согласование, влияющие на общий коэффициент передачи.