Свч-фазовращатель с непрерывным набегом фазового сдвига

 

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в радиолокационной и радиоизмерительной технике. Цель изобретения обеспечение независимого сдвига фаз одновременно двух СВЧ-сигналов. Сигнал, поступивший на вход I первого поляризационного селектора взаимно ортогональных волн 1, поступает на входной диэлектрический круговой поляризатор 2 и превращается в круговую волну, например, правого вращения, получает фазовое приращение Δϕ в полуволновой дифференциальной фазовой секции 3, превращается в линейную волну на выходе выходного диэлектрического кругового поляризатора 6 и поступает на выход III второго поляризационного селектора взаимно ортогональных волн 7. Аналогично, с сигналом, поступившим на вход II первого поляризационного селектора взаимно ортогональных волн, происходят те же преобразования, за исключением того, что во входном диэлектрическом круговом поляризаторе 2 сигнал превращается в круговую волну, но левого вращения, что приводит к фазовому сдвигу Dv и этот сигнал проходит на выход IV второго поляризационного селектора взаимно ортогональных волн 7. Таким образом, достигается независимое изменение фазового сдвига одновременно двух СВЧ-сигналов. 1 ил.

Изобретение относится к СВЧ-радиотехнике и может быть использовано в системах РЛС, а также в измерительной технике СВЧ-диапазона. Известен аналоговый ферритовый фазовращатель с непрерывным набегом фазы на вращающихся магнитных полях. Этот фазовращатель представляет собой магнитоуправляемый вариант механического фазовращателя Фокса (Fox А.С. "An adjustable Waveguide Phase Changer", рroc. IRE vol. 35. dec. 1947. рр. 1489-1498). Конструктивно он состоит из перехода от прямоугольного к круглому сечению волновода, кругового поляризатора, полуволновой дифференциальной фазовой ферритовой секции с системой управления, создающей вращающееся магнитное поле квадрупольной конфигурации, и выходного кругового поляризатора и перехода с круглого в прямоугольное сечение волновода. Фазовращатель обладает уникальным комплексом электрических характеристик, практически не достижимых в других типах ферритовых фазовращателей. Так, при подаче соответствующих токов в обмотки системы управления можно обеспечить плавное вращение картины квадрупольного магнитного поля. При этом фаза на выходе изменяется по линейному закону Δ ρ_упр= ± N ^. 360^о. Здесь N любое действительное число, характеризующее количество оборотов управляющего магнитного поля. Наличие знака "плюс" или "минус" перед N зависит от направления вращения магнитного поля. Абсолютная величина фазового приращения этого фазовращателя зависит только от количества оборотов управляющего поля и, в, принципе, может быть сколько угодно большой, а вносимые потери определяются, в основном, длиной фазовой секции (ферритового вкладыша) и остаются на достаточно низком уровне (порядка 0,5-1,0 дБ). В случае равномерного вращения управляющего магнитного поля (например, за счет запитки обмотки управления, которая подобна обмотке электрической машины, от синусоидального или трехфазного и т. д. источника тока, тип намотки зависит от выбранного источника питания, что не принципиально) это прибор может быть интерпретирован как идеальный модулятор или сдвигатель частоты СВЧ-сигнала в ту или иную сторону от несущей на величину, равную частоте вращения управляющего магнитного поля, т. е. если на вход фазовращателя поступает сигнал вида А sin ωt, то на выходе имеем A₁sin ( ωt + Ω t) A₁ sin (ω± Ω ) t. При этом, если направление круговой поляризации СВЧ-волны на входе полуволновой секции совпадает с направлением вращения магнитного поля управления, то частота сигнала на выходе сместится на Ω в сторону более высоких частот от несущей (здесь Ω частота вращения управляющего магнитного поля) и, наоборот, если направление вращения круговой СВЧ-волны и управляющего поля противоположны, то частота волны на выходе сместится на Ω в сторону низких частот. Если иметь в виду, что точность установки фазы таких фазовращателей очень высока (0,7-1,5^о), то становится ясно, что степень линейности фазовых характеристик при условии гармонического вращения магнитного поля весьма высока, а это значит, что спектр сигнала на выходе практически идеален. Это, в свою очередь, характеризует данный прибор как идеальный модулятор, а также как незаменимый элемент при конструировании различных СВЧ-систем, использующих эффект Доплера. Однако в классическом исполнении фазовращатель с непрерывным набегом фазы (синхронный) работает в своем рабочем диапазоне частот в режиме классического четырехполюсника (вход сигнала с частотой ω₁ изменение его фазы, выход с частотой ω_вых ω± Ω ). Невозможно использовать такой прибор одновременно на двух частотных точках рабочего диапазона или двух разных участках в пределах рабочего диапазона частот при условии независимости этих сигналов друг от друга. Целью изобретения является обеспечение возможности независимого сдвига фазы одновременно двух СВЧ-сигналов. Поставленная цель достигается тем, что в СВЧ-фазовращатель с непрерывным набегом фазового сдвига, содержащий последовательно соединенные входной диэлектрический круговой поляризатор, полуволновую дифференциальную фазовую секцию, состоящую из ферритового вкладыша и системы управления вращающимся магнитным полем, и выходной диэлектрический круговой поляризатор, дополнительно введены первый и второй поляризационные селекторы взаимно ортогональных волн, при этом выход первого селектора взаимнортогональных волн подключен к входу входного диэлектрического кругового поляризатора, а вход второго поляризационного селектора взаимно ортогональных волн подключен к выходу выходного диэлектрического кругового поляризатора. На чертеже представлено схематическое изображение заявляемого СВЧ-фазовращателя. Устройство состоит из первого поляризационного селектора 1 взаимно ортогональных волн, входного диэлектрического кругового поляризатора 2, полуволновой дифференциальной фазовой секции 3 с ферритовым вкладышем 4 и системой 5 управления вращающимся магнитным полем, выходного диэлектрического кругового поляризатора 6 и второго поляризационного селектора 7 взаимно ортогональных волн. Устройство работает следующим образом. На входы каналов I и II подают СВЧ-сигналы, каждый от своего генератора. Рассмотрим отдельно путь сигнала, поступившего на вход I. Сигнал линейной поляризации поступает на входной диэлектрический круговой поляризатор и превращается в круговую волну (например, правого направления вращения). После прохождения полуволновой дифференциальной фазовой секции 3, работающей в линейном режиме, волна получает необходимое фазовое приращение Δ ϕ и после прохождения выходного диэлектрического кругового поляризатора 6 превращается в линейную волну, ориентированную так же, как и волна, поступившая на вход I, но отличающуюся от нее на фазу Δ ϕ Это сигнал проходит на выход III. Сигнал, поступивший на вход II в поляризационном селекторе 1 взаимно-ортогональных волн приобретает вид волны, ортогональной волне, поступившей ранее на вход I. Поэтому после входного диэлектрического кругового поляризатора 2 она превращается в круговую волну с противоположным по отношению к первой направлением вращения (в нашем примере в волну левого вращения). В той же полуволновой дифференциальной фазовой секции при том же направлении вращения управляющего магнитного поля эта волна получит такое же по абсолютной величине фазовое приращение, но с противоположным знаком (- Δ ϕ ). В выходном диэлектрическом круговом поляризаторе 6 эта волна преобразуется в линейную волну такой же ориентации, как и волна, поступившая на вход II, но с фазовым сдвигом (- Δ ϕ ). Эта волна проходит на выход IV. Обнаружено, что прохождение двух сигналов через общую систему происходит независимо, при этом сигналы не оказывают друг на друга никакого влияния при работе дифференциальной фазовой секции в линейном режиме, который обеспечивается ее конструкцией. Задача осуществления устройства, обеспечивающего независимый сдвиг фазы двух СВЧ-сигналов, решена путем введения элементов, позволяющих разделять сигналы на две взаимно ортогональные волны, поляризационных селекторов. Сущность предложенного устройства сводится к тому, что при равномерном вращении управляющего магнитного поля и подаче в канал I СВЧ-сигнала с частотой ω₁ а в канал II с частотой ω₂, а на выходе III получим сигнал с частотой ( ω₁ + Ω ), а на выходе IV сигнал с частотой ( ω₂ Ω ). Это означает, что предложенное устройство можно использовать для доплеровского смещения частоты одновременно для двух любых частотных точек рабочего диапазона, а в случае работы на одной частотной точке получить удвоение величины доплеровского эффекта между выходами III и IV. Пример конкретного выполнения. Проведено макетирование предлагаемого фазовращателя в сантиметровом диапазоне длин волн. Так в 10% полосе частот 10 см диапазона был создан фазовращатель. Устройство представляет собой фазовращатель с непрерывным набегом фазы. Параметры фазовращателя характеризуются следующими цифрами: сечения волноводов входа и выхода 72 x 34 мм полоса рабочих частот СВЧ не менее 10% вносимые потери не более 1,0 дБ K_стv не хуже 1,25 управляемая фаза 360 x N эл. град. где N число оборотов управляющего поля развязка между каналами I, II, и III, IV, I, III и II, II, III не хуже 20 дБ. В процессе исследования на входы I и II подавались сигналы как одинаковой, так и различных частот, лежащих в пределах 10% полосы рабочего диапазона, при этом соответствующее ослабление взаимно ортогональных сигналов было не менее 20 дБ, взаимного же влияния на вносимые потери, фазы и не обнаружено. Итак, предлагаемый фазовращатель заменяет два одиночных фазовращателя, полностью развязанных друг от друга. Применение такого фазовращателя позволяет создавать сдвоенные антенные решетки, работающие одновременно на двух частотных точках рабочего диапазона. Использование таких приборов в измерительной технике позволяет создавать такие установки гомодинного типа, которые способны обслуживать сразу два канала измерения с противоположными знаками эффекта Доплера и при этом одновременно в разных точках рабочего СВЧ-диапазона.

Формула изобретения

СВЧ-ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ С НЕПРЕРЫВНЫМ НАБЕГОМ ФАЗОВОГО СДВИГА, содержащий последовательно соединенные входной диэлектрический круговой поляризатор, полуволновую дифференциальную фазовую секцию, состоящую из ферритового вкладыша и системы управления вращающимся магнитным полем и выходной диэлектрический круговой поляризатор, отличающийся тем, что, с целью обеспечения независимого сдвига фаз одновременно двух СВЧ сигналов, дополнительно введены первый и второй поляризационные селекторы взаимно ортогональных волн, при этом выход первого поляризационного селектора взаимно ортогональных волн подключен к входу входного диэлектрического кругового поляризатора, а вход второго поляризационного селектора взаимно ортогональных волн подключен к выходу выходного диэлектрического кругового поляризатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1