RU29409U1 - Свч ферритовый фазовращатель - Google Patents

Description

СВЧ ФЕРРИТОВЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ

Заявляемая Полезная модель относится к антенно-фндерным устройствам и приборам техники СВЧ и может найти применение в радиотехнических схемах СВЧ диапазона и, в частности, в радиолокационных системах широкого применения.

Известны двухмодовые фазовращатели, являющиеся взаимными устройствами, на вход которых подается электромагнитная волна линейной поляризации. Такие приборы весьма перспективны при создании быстродействующих приемо-передающих РЛС, СВЧ систем доплеровского типа, измерительной техники СВЧ диапазона и т.д.

Известны два варианта построения фазовращателя 1 и 2. В симметричном квадратном или цилиндрическом вoJшoвoдe волна линейной поляризации преобразуется с помощью первого (входного) невзаимного поляризатора в круговую волну правого или левого направления вращения, которая взаимодействуя с продольно намагниченным ферритом фазовой секции, приобретает фазовый сдвиг ф . Проходя через второй выходной

невзаимный круговой поляризатор, она преобразуется в волну с исходной линейной поляризацией. Для получения взаимного фазового сдвига волна, распространяющаяся в обратном направлении, должна иметь в фазовой секции противоположное направление поляризации. Это обеспечивается невзаимным круговым поляризатором.

Однако конструкция устройства 1 имеет существенные недостатки, если сравнивать ее с конструкцией 2. На базе конструкции 1 невозможно реализовать фазовращатель с магнитной памятью, к тому же, даже аналоговый фазовращатель требует существенно больших значений управляющей мощности для компенсации существенных полей рассеяния по управляющему магнитному потоку.

Конструкция 2 свободна от перечисленных выше недостатков, поскольку предполагает использование магнитных замыкателей, существенно уменьшающих поля рассеяния. При этом если замьпсатели выполнены из магнитомягкого материала, то имеем эффективный аналоговый фазовращатель, если же последние вьшолнены из материала с высокими значениями коэффициента прямоугольности петли гистерезиса, то открываются пути к реализации дискретных фазовращателей с магнитной памятью.

Фазовращатель, описанный в 2 по совокупности существенных признаков является наиболее близким к предлагамой нами полезной модели и, поэтому, выбран в качестве прототипа.

Однако часто возникает необходимость изменения ориентации поляризации линейной волны на выходе фазовращателя, в частности получения на выходе волны ортогональной по отнощению к волне на входе, что невозможно при использовании данного фазовращателя.

Ферритовый фазовращатель - прототип содержит со стороны входа и выхода отрезки волноводов стандартного прямоугольного сечения, которые соединены с концами собственно ферритового стержня круглого или квадратного сечения. Для согласования последнего с волноводами использованы керамические согласователи. Далее, идя с концов, расположены линейные фильтры, представляющие собой резистивные пленки, служапще для поглощения паразитных ортогональных мод, неизбежно возникающих как следствие неидеальности работы невзаимных поляризаторов. Последние расположены непосредственно за линейными фильтрами и ориентированы взаимно ортогонально. Далее, следуя к центру, расположена фазовая секция, с обмоткой управления, создающей продольное магнитное поле, и замыкающими магнитопроводами, повышающими эффективность системы управления. Боковые поверхности ферритового стержня металлизированы. Металлизированный вкладьпн образует линию передачи СВЧ диапазона.

Однако, в связи с прогрессом радиотехники СВЧ диапазона, в последнее время в ряде РЛС систем предъявляется дополнительное требование к фазовращателям типа 2, а именно, возможность управляемого изменения угла поворота линейной волны на выходе прибора. Указанного эффекта можно, конечно, достичь, соединив последовательно два прибора, а именно, фазовращатель 2 и СВЧ ферритовый переключатель поляризации 3. Жесткие требования к габаритам и весу современных радиотехнических систем СВЧ диапазона диктует необходимость реализации прибора обладающего всем комплексом перечисленных свойств в рамках единой линии передачи СВЧ, поскольку в чистом виде конструкция 2 не позволяет этого реализовать.

Задачей заявленной полезной модели является достижение дополнительного свойства, отсутствующего у прототипа - возможность управляемого преобразования выходного сигнала в волну с ориентацией ортогональной относительно входного сигнала при сохранении точности установки фазового сдвига и всех остальных характеристик фазовращателя - прототипа, при этом реализация суммы полезных свойств должна осуществляться при использовании единой СВЧ линии передачи.

Эта задача решается тем, что СВЧ ферритовый фазовращатель, содержащий установленные внутри отрезка волновода, входной согласователь с линейным фильтром, входной невзаимный преобразователь поляризации, фазовую секцию с системой управления, выходной невзаимный преобразователь поляризации, дополнительно содержит в выходной части отрезка волновода СВЧ ферритовый переключатель поляризации, подключенный к выходному невзаимному преобразователю поляризации посредством вставки с длиной, равной половине длины волны в волноводе на данном участке линии передачи из диэлектрического материала, состоящей из двух одинаковых частей, на поверхность поперечного сечения каждой из которых нанесен поглощающий слой с ориентацией, идентичной ориентации поглощающего слоя входного линейного фильтра, при этом СВЧ ферритовый переключатель поляризации содержит отрезок круглого волновода, катушку управления на каркасе со щечками, размещеиную внутри отрезка волновода, круглый ферритовый стержень с металлизированной боковой поверхностью, введенный в каркас катушки управления, согласующий керамический элемент, прикрепленный выходному торцу ферритового стержня, крепежно-волноведущие металлические кольца, вставленные без зазора в отрезок волновода и охватывающие без зазора концы ферритового стержня, выступающие из каркаса катушки управления, пермаллоевые кольца толщиной не менее 0,35 мм, расположенные с двух сторон между наружной поверхностью щечек каркаса катушки и крепежно-волноведущими кольцами.

Технический результат полезной модели заключается в обеспечении приобретения дополнительного параметра фазовращатели без ущерба для параметров фазовращателя прототипа, а именно, регулируемого изменения поляризации линейной волны на выходе прибора полезной модели при сохранении высокого уровня его параметров.

Указанный технический эффект достигается за счет включения между частью ферритовой линии передачи собственно фазовращателя и линией передачи СВЧ ферритового переключателя поляризации полуволновой разрезной диэлектрической вставки с поглощающим слоем нанесенным на поверхности разреза, при этом диэлектрическая проницаемость вставки должна быть по величине средней между соответствующими 8 ферритовых частей линии передачи.

Благодаря применению такой вставки реализуется электродинамическая однородность линии передачи СВЧ с одновременной развязкой взаимного влияния ферритовых частей прибора по полям управления, а наличие поглощающего слоя на поверхности разреза одновременно вьшолняет функцию выходного линейного фильтра собственно фазовращателя.

Полезную модель иллюстрирует фиг., на которой нредставлен вариант нредлагаемого СВЧ фазовращателя.

Предлагаемый фазовращатель содержит отрезок круглого волновода 1, согласующие керамические элементы (входной 2 и выходной 2а), нри этом входной согласователь так же как и керамическая вставка 4 выполнены разрезными и на поверхность разреза нанесен резистивный слой, так что они одновременно выполняют функции линейных фильтров фазовращателя. Феррито-керамическая линия передачи состоит из согласователей 2 и 2а, металлизированного ферритового вкладьпиа собственно фазовращателя 6 с входным и выходным невзаимными преобразователями по.11яризации 5 и фазовой секции с системой управления фазой, включающей катушку управления (соленоид) 7 и замьпсатели 8, металлизированной керамической вставки 4, геометрическая длина которой должна соответствовать половине длины волны на данном участке линии передачи, а величина диэлектрической проницаемости материала керамики средней между 8 феррита фазового и

поляризационных участков полезной модели. Необходимость выбора именно керамики, в этом случае обусловлена тем, что если бы вкладыш целиком был изготовлен из феррита, то, как показали наши эксперименты, возникает перекрестная паразитная завязка по полям управления, что приводит к снижению, хотя и небольшому, точности установки фазы или девиации поляризации выходного сигнала в функции от величины набираемого сдвига фазы. Применение керамической вставки полностью устраняет взаимное влияние частей прибора по управляющим воздействиям и в то же время превращает линию передачи в однородную электродинамическую структуру даже в том случае, если характеристики ферритов фазовой и поляризационных частей прибора отличаются.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

затора 5 преобразуется в волну с круговой поляризацией. Пройдя собственио фазовый участок линии передачи, волна приобретает некоторую фазу, которая определяется величиной намагничивания феррита, которая реализуется с помощью системы управления (катушка управления 7, замьпсатели 8). Далее, п-фойдя участок выходного поляризатора, волна вновь преобразуется в линейную. Пройдя далее через диэлектрическую вставку 4, СВЧ сигнал поступает на вход управляемого поляризатора, который, в зависимости от управляющего тока в обмотке 9, обеспечивает поворот полоскости поляризации выходной линейно-поляризоданной волны на 90°, либо не производит его вовсе.

Собственно поляризатор следует за керамической вставкой. В основе его лежит участок СВЧ линии передачи на ферритовом вкладыще 10. Конструктивно он соответствует описанному в описании полезной модели № 20616 с приоритетом от 14.06.2001 г. Единственное отличие заключается в отсутствии входного согласователя, поскольку роль последнего вьшолняет керамическая вставка 4.

Техническая реализуемость полезной модели была подтверждена фактом изготовления более 100 опытных экземпляров фазовращателей, работающих в диапазоне 16 ГГц.

Основные технические характеристики последних следующие:

-диапазон частот не менее 10 %;

-максимальная величина управ.г1яемой фазы не менее 400°;

-вносимые потери не более 1,5 дБ;

-ослабление ортогональных линейнополяризованных сигналов (основной параметр, характеризующий эффективность работы поляризатора) не менее 20 дБ.

Claims (1)

1. СВЧ ферритовый фазовращатель, содержащий входной установленный внутри отрезка волновода согласователь с линейным фильтром, входной невзаимный преобразователь поляризации, фазовую секцию с системой управления, выходной невзаимный преобразователь поляризации, отличающийся тем, что он дополнительно содержит в выходной части отрезка волновода СВЧ ферритовый переключатель поляризации, подключенный к выходному невзаимному преобразователю поляризации посредством вставки с длиной, равной половине длины волны в волноводе на данном участке линии передачи из диэлектрического материала, состоящей из двух одинаковых частей, на поверхность поперечного сечения каждой из которых нанесен поглощающий слой с ориентацией идентичной ориентации поглощающего слоя входного линейного фильтра, при этом СВЧ ферритовый переключатель поляризации содержит катушку управления на каркасе со щечками, размещенную внутри отрезка волновода, круглый ферритовый стержень с металлизированной боковой поверхностью, введенный в каркас катушки управления, согласующий керамический элемент, прикрепленный к выходному торцу ферритового стержня, крепежно-волноведущие металлические кольца, вставленные без зазора в отрезок волновода и охватывающие без зазора концы ферритового стержня, выступающие из каркаса катушки управления, пермаллоевые кольца, толщиной не менее 0,35 мм, расположенные с двух сторон между наружной поверхностью щечек каркаса катушки и крепежно-волноведущими кольцами.