Фазовращатель — это устройство, элемент тракта СВЧ, которое служит для изменения фаз электромагнитных колебаний. Фазовращатель используется в измерительной и преобразовательной технике, а также в автоматике. Конструкция фазовращателя изменяется в зависимости от предназначенного диапазона частот, пределов фазовых изменений и точности установки устройства. Фазовращатель, использующийся в диапазоне радиочастот и на низких частотах, представляет собой четырехполюсник. Четырехполюсник состоит из индуктивности, емкости и сопротивления.
Фазовращатель применяется в системах с большим количеством потребителей, чтобы обеспечить необходимое распределение фаз к сигналам, а также в радиосистемных фидерах, выравнивая электрические длины фидера. Кроме этого, фазовращатель используется в фазированных антенных решетках, различных когерентных радиосистемах и других устройствах сверхвысоких частот техники.
Фазовращатели по типу волн делятся на проходные и отражательные. По физическому принципу различаются механические, электромеханические и электрические устройства. По изменению фазы фазовращатели бывают с дискретным изменением или плавным изменением.
Простейшим фазовращателем является цепь, двигающая фазы, которую составляют катушка индуктивности и резистор или конденсатор и резистор. Подобный фазовращатель применяется при фазовом сдвиге, который равен 0— 90°. Более сложным по конструкции считается фазовращатель, имеющий вид мостовой цепи с конденсатором и тремя резисторами. Если выходной сигнал мало изменчив, то резисторы и конденсатор регулируют сдвиг фаз от 0 до 180°. Ламповый, или транзисторный мостовой фазовращатель составляет фа-зоинвертор с разделенной нагрузкой, за счет которого фаза сдвигается на 180°. Все фазовые сдвиги в любых фазовращателях зависят от частоты. И только в следящем фазовращателе при отклонении сдвига от определенного положения параметры меняются автоматически, уменьшая отклонение.
В цепи переменного тока с промышленной частотой фазы регулирует вращающийся трансформатор, сельсина, и, кроме того, асинхронные электродвигатели с тремя фазами, у которого ротор заторможен. В коротковолновых диапазонах и диапазоне дециметровых волн применяются фазовращатели, которые изготавливаются из волноводов и нескольких отрезков коаксиальных линий. Фаза устанавливается с погрешностью, зависящей от вида фазовращателя. В электронных устройствах погрешность составляет 0,05—0,1°, в электромеханических устройствах — 0,5—1°.
В фазовращателях СВЧ фаза электромагнитных колебаний изменяется на выходе передачи СВЧ, это могут быть радиоволновод или полосковая линия. Выходная фаза изменяется относительно входной фазы колебаний за счет перемены электрической длины линии. Подобные фазовращатели делятся на регулируемые и нерегулируемые.
Регулируемый фазовращатель представляет собой участок фидера, который вносит сдвиг фазы на конкретной частоте или полосе частот, регулируемый по необходимости. Функции регулируемого фазовращателя с механическим или электромеханическим управлением сдвигом фазы выполняют раздвижная секция, отрезок волновода, сжимая секция и мостовой фазовращатель. Один из них имеет вид раздвижной секции коаксиальной линии, которая может регулироваться. Также к подобному типу относится волноводный диэлектрический фазовращатель, выглядящий как отрезок волновода. Отрезок содержит в себе перемещаемую диэлектрическую пластину, управление фазовым сдвигом основывается на изменении положения пластины из диэлектрика и фазовой скорости волны. Сжимная секция, или отрезок волновода прямоугольной формы, имеет узкие стенки с упругими подвесками, которые изменяют ширину волновода. Мостовой фазовращатель представляет собой волноводное или коаксиальное устройство СВЧ с несколькими плечами. Мостовой фазовращатель снабжен двумя короткозамкнутыми шлейфами, которые одинаково изменяются по своей длине и считаются направленными ответвителями. К регулируемым фазовращателям с электрическим управлением относятся фазовращатель с ферритовыми устройствами, полупроводниковыми элементами, плазменными устройствами и с сегнетоэлектриком. Работа фазовращателей с ферритовыми устройствами базируется на взаимодействии магнитных моментов ферритовых подрешеток с электромагнитными волнами.
Ферритовые взаимные фазовращатели обеспечивают одинаковый сдвиг фаз во всех направлениях распространения волн.
Ферритовые невзаимные фазовращатели имеют вид гиратора. Фазовращателями с полупроводниковыми элементами являются варикапы, а самыми перспективными считаются фазовращатели с полупроводниковыми диодами структуры, которые применяются как коммутационные элементы.
Полупроводниковые диоды изменяют сдвиг фазы ступенчато, используя прямое изменение или подключение к линии набора шлейфов через диоды.
Нерегулируемый фазовращатель представляет собой калиброванный по фазе отрезок фидера, который реализует сдвиг фазы, подбирая значение длины, размеров поперечного сечения или проницаемости диэлектриков.