Электрически перестраиваемый сверхвысокочастотный фазовращатель на основе многозвенного полосно-пропускающего фильтра
Разработан электрически перестраиваемый сверхвысокочастотный фазовращатель на основе многозвенного полосно-пропускающего фильтра, в котором последовательно соединенные микрополосковые резонаторы различаются шириной проводников, а «подложкой» для них служит нематический жидкий кристалл (ЖК). Линии передачи подключаются к устройству через емкости связи, что позволяет подавать управляющее напряжение непосредственно на полосковый проводник. Металлические поверхности обрабатываются так, чтобы в отсутствие электрического поля молекулы ЖК ориентировались вдоль проводни-ков, то есть ортогонально поляризации высокочастотного электрического поля, и в этом случае диэлектрическая проницаемость ЖК ε⊥ минимальна. При определенном управляющем напряжении молекулы ориентируются параллельно высокочастотному полю, и в этом случае диэлектрическая проницаемость ЖК ε|| максимальна. Увеличение диэлектрической проницаемости подложки от ε⊥ до ε || приводит к соответствующему изменению фазы прошедшей волны.
Показано, что в отличие от традиционных конструкций фазовращателей на отрезках линий передачи, заполненных ЖК, в предлагаемом устройстве управляемый сдвиг фазы Δφ значительно больше, что делает его вполне конкурентоспособным, несмотря на сравнительно малую анизотропию диэлектрической проницаемости Δε= ε|| – ε⊥ на высоких частотах. Например, нематический жидкий кристалл 5CB имеет ε|| = 2.8 и ε⊥ = 2.6. Особенно перспективно создание жидкокристаллических фазовращателей в миллиметровом диапазоне длин волн, где высока диэлектрическая добротность ЖК соединений. На рисунке приведены амплитудно-частотные характеристики такого устройства L( f ) для двух ориентаций ЖК и зависимость управляемого сдвига фазы Δφ( f ). Видно, что сдвиг фазы регулируется в пределах более 100° и к тому же в достаточно широкой относительной полосе частот Δf /f0 ≈ 30 %, где потери СВЧ мощности почти не изменяются с перестройкой фильтра и составляют величину около –0.5 дБ.
- Беляев Б.А., Волошин А.С., Шабанов В.Ф. Исследование микрополосковых моделей полосно-пропускающих фильтров на одномерных фотонных кристаллах. // ДАН, Т.400, № 2, 2005, С. 181-185.
- Беляев Б.А., Лексиков А.А., Волошин А.С., Шабанов В.Ф. Управляемый фазовращатель. // Патент РФ № 2257648. БИ № 21, 2005.