Сверхвысокочастотный фазовращатель

 

Использование: в антенно-фидерных устройствах СВЧ диапазона. Сущность изобретения: устройство содержит отрезок волновода круглого сечения, в котором установлен ферритовый тороид с управляющим проводником. Боковые выводы управляющего проводника выполнены в виде спирали. Приведены рекомендации для выбора диаметра и шага этой спирали. 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам и приборам техники СВЧ.

Целью изобретения является увеличение полосы рабочих частот, уменьшение потерь и КСВ при всеполяризационном приеме СВЧ сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в конструкции СВЧ фазовращателя использован отрезок круглого волновода, а боковые выводы провода подмагничивания выполнены в виде спирали, причем диаметр d и шаг l спирали удовлетворяет соотношению d/λ <0,03 и l/λ <0,08, где l рабочая длина волны СВЧ сигнала.

На фиг. 1 изображен СВЧ фазовращатель. На фиг. 2 изображен вид с торцов. СВЧ фазовращатель содержит волновод 1 круглого сечения, ферритовый тороид 2, расположенный вдоль оси волновода и управляющий проводник, состоящий из центральной части 3, расположенной в центре тороида вдоль всей его длины и боковых выводов 4.

Физический принцип, заложенный в основу работы фазовращателя, следующий. К выводам управляющего проводника подаются импульсы напряжения. От тока в его центральной части 3 возникает азимутальное магнитное поле, подмагничивающее ферритовый тороид 2. После прекращения действия импульса напряжения в ферритовом тороиде 2 сохраняется остаточное подмагничивание.

В зависимости от величины остаточного подмагничивания ферритового тороида 2 изменяется его электрическая длина и, следовательно, фаза распространяющейся по волноводу 1 электромагнитной волны (СВЧ сигнала).

Фазовращатель выполнен на базе круглого волновода, что обеспечивает независимость его параметров от ориентации вектора электрического поля, проходящего по волноводу СВЧ сигнала.

Действительно, нижняя граница частотного диапазона определяется для круглого волновода формулой: l_кр=3,413·R (1) где λ_кр критическая длина волны для прямоугольного волновода, R радиус волновода.

При изменении ориентации вектора электрического поля не наблюдается изменения рабочего диапазона при использовании круглого волновода.

Как известно, рабочая полоса частот, потери и КСВ фазовращателя в большой степени зависит от боковых выводов 4 провода подмагничивания (фиг. 1).

Авторами было обнаружено, что при выполнении боковых выводов в виде спирали, их влияние на параметры прибора при всеполяризационном приеме практически исчезают при выполнении соотношений d/λ <0,03 и l/λ <0,08, где d диаметр спирали, l шаг спирали, l рабочая длина волны фазовращателя.

Боковые выводы предлагаемой конструкции могут быть сориентированы произвольно относительно вектора Е (фиг. 2). Параметры фазовращателя (уровень вносимых потерь, КСВ и полоса частот) при изменении ориентации вектора Е не ухудшаются.

Таким образом, фазовращатель способен работать как при линейно поляризованном сигнале при любой ориентации вектора Е, так и при круговой поляризации, проходящей через фазовращатель волны, т. е. обеспечивает всеполяризационный прием и передачу электромагнитной волны.

В таблице 1 приведены результаты измерения зависимости потерь КСВ и рабочей полосы частот от отношения d/λ, в таблице 2 те же параметры в зависимости от отношения l/λ..

Из табл. 1, 2 видно, что при отношениях d/λ и l/λ не превышающих значения 0,03 и 0,8 параметры a и В КСВ достигают своего минимального значения и практически не зависят от дальнейшего уменьшения отношений d/λ и l/λ.

Пример конкретного выполнения.

Экспериментальный образец фазовращателя был выполнен на базе круглого волновода, ⊘ 25 мм, заполненного ферритовыми кольцами из феррита марки 10Сч20 o 25 x o 13,5 х 10 мм, образующими в совокупности ферритовый тороид длиной 250 мм. Для управления фазой СВЧ сигнала и конструкции используются два провода подмагничивания. Один для набора фазы, другой является проводом сбора фазы. Боковые выводы проводов выполнены в виде спирали диаметром d 2 мм и шагом l 0,6 мм. Управляющие проводники были выполнены из провода марки ПЭВ-1 o 0,4 мм. В качестве материала тороида был использован феррогранат иттрийгадолиниевой системы марки 10Сч20 (остаточная намагниченность Вч 400 Гс, коэрцитивная сила Н_c 0,5-0,7 Э).

Фазовращатель имел следующие параметры: вносимые потери α, дБ ≅ 0,8 коэффициент стоячей волны, КСВ ≅ 1,25 управляемый фазовый сдвиг v упр. эл. град. 440 время переключения t, мкс ≅ 10.

Формула изобретения

Сверхвысокочастотный фазовращатель, содержащий отрезок волновода круглого сечения, вдоль оси которого расположен ферритовый тороид и управляющий проводник с боковыми выводами, отличающийся тем, что, с целью увеличения рабочей полосы частот, снижения потерь и КСВ, боковые выводы управляющего проводника выполнены в виде спирали, диаметр d и шаг l которой выбраны соответственно d/λ<0,03 и l/λ<0,08, рабочая длина волны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3