Фазовращатель — это ключевое электронное устройство, основная функция которого заключается в изменении фазы электромагнитных колебаний. Проще говоря, он создает управляемый сдвиг между фазой сигнала на входе и фазой сигнала на выходе.
Назначение и базовые принципы
Основная задача фазовращателя — обеспечить постоянный или регулируемый фазовый сдвиг для электромагнитной волны или электрического напряжения. Эти устройства являются неотъемлемой частью измерительной техники. В их конструкции могут использоваться различные электронные компоненты: от простых резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности до более сложных магнитных усилителей и других электромагнитных приборов.
Классификация по частотам и конструкции
Фазовращатели классифицируются в первую очередь по рабочему диапазону частот. В области низких и радиочастот (до нескольких мегагерц) они обычно реализуются в виде четырехполюсников. Для создания фиксированного сдвига фазы от 0 до 90° используются специальные фазосдвигающие цепи. В таких цепях с сосредоточенными параметрами сдвиг обеспечивается реактивными элементами (катушками и конденсаторами), в то время как в цепях с распределенными параметрами он определяется временем прохождения сигнала от входа к выходу.
Современные схемы часто строятся по мостовому принципу, используя три резистора и один конденсатор, что позволяет регулировать сдвиг в широких пределах — от 0 до 180 градусов. Также активно применяются транзисторные и ламповые мостовые фазовращатели, в основе которых лежит фазоинвертор, создающий два противофазных напряжения.
Фазовращатели СВЧ-диапазона
Для работы с дециметровыми и более короткими волнами (СВЧ-диапазон) используются принципиально иные конструкции. Здесь фазовый сдвиг достигается за счет изменения электрической длины отрезков линий передачи (волноводов или коаксиальных линий).
СВЧ-фазовращатели делятся на две большие группы:
- Регулируемые: к ним относятся раздвижные коаксиальные секции, волноводы с перемещаемой диэлектрической пластиной, сжимаемые секции волноводов, а также мостовые устройства со шлейфами. Современные разработки активно используют полупроводниковые элементы (p-i-n-диоды, варикапы), ферриты и сегнетоэлектрики. P-i-n-диоды, например, позволяют осуществлять ступенчатое изменение фазы, коммутируя различные участки линии.
- Нерегулируемые (фиксированные): представляют собой калиброванный отрезок линии передачи, где нужный сдвиг фазы жестко задается его физической длиной, геометрией поперечного сечения или свойствами диэлектрика.
Особого внимания заслуживают ферритовые фазовращатели, работа которых основана на эффекте Фарадея и ферромагнитном резонансе. Они могут быть взаимными (сдвиг фазы одинаков для обоих направлений волны) и невзаимными (сдвиг разный для противоположных направлений).
Области применения
Фазовращатели нашли широчайшее применение в современной технике. Они используются в радиотехнике, системах автоматики, вычислительных устройствах и измерительных приборах. С их помощью изменяют форму сигналов, компенсируют фазовые искажения, осуществляют фазовую модуляцию и выравнивают электрическую длину трактов. Особенно важна их роль в когерентных системах, например, в фазированных антенных решетках (ФАР), где с их помощью формируется и управляется диаграмма направленности.
