СВЧ-ФЕРРИТОВЫЙ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРИБОР

Заявляемая полезная модель относится к антенно-фидерным устройствам и приборам техники СВЧ и может найти применение в радиотехнических схемах СВЧ диапазона и, в частности, в РЛС с ФАР широкого применения.
Известны СВЧ ферритовые приборы, выполняющие многофункциональные функции в процессе их эксплуатации в аппаратуре. Такие приборы перспективны при создании быстродействующих приемо-передающих ФАР РЛС, СВЧ систем доплеровского типа, измерительной техники СВЧ диапазона, см., например,: 1. Патент US №3938158 H01Q 013/02; Н01Р 001/17; Н01Р 001/40. Antenna Element for Circular or Linear Polarization. / Birch, et al./ 2. Патент US 4443800 H01Q 003/36. Polarization Control Element for Phased Array Antennas / Stanley Gaglione. / 3. Мамонов А.И. Ферритовая волноводная секция с квадрупольным магнитным полем и ее применение в управляемых СВЧ-устройствах. Антенны. Выпуск 2 (93), 2005. с.76-79. 4. свидетельство на полезную модель РФ №27269 Н01Р 1/16; Н01Q 21/00. Преобразователь поляризации радиоволн (его варианты) и волноводно-стержневой антенный элемент с управляемой поляризацией для фазированной антенной решетки (его варианты) / Афанасьев Ю.Н. и др. / 5. Патент РФ № С2 2249281 Н01Q 21/24. Н01Р 1/175. Н01Р 1/19. Антенный элемент фазированной антенной решетки. / Колесников В.Л./
Известен многофункциональный СВЧ прибор [СВЧ ферритовый фазовращатель, свидетельство на полезную модель №29409, выдано 10.05.2003 г.]. Указанный прибор является наиболее близким к предлагаемой полезной модели и выбран в качестве прототипа. Прибор-прототип имеет линию передачи СВЧ сигнала в виде феррит-диэлектрического стержня круглого или квадратного сечения. Боковая поверхность стержня металлизирована для предания линии передачи свойств волновода с полным феррит-диэлектрическим заполнением (Ф/Д волновод). Вход и выход указанного волновода через согласующие элементы (согласователи) подключены к линиям передачи, подводящим и отводящим СВЧ сигнал. Входная часть волновода использована, как основа СВЧ ферритового фазовращателя, а выходная часть, как основа СВЧ ферритового преобразователя поляризации. Прибор-прототип работает следующим образом:
СВЧ сигнал линейной поляризации через входной согласователь поступает на вход СВЧ взаимного ферритового фазовращателя, состоящего из двух невзаимных преобразователей поляризации на квадрупольной магнитной системе и одной фарадеевской секции, т.е. секции с продольно намагниченным ферритом.
Пройдя входной невзаимный преобразователь поляризации, сигнал уже круговой поляризации поступает в фарадеевскую секцию и обретает необходимый фазовый сдвиг.
После прохождения выходного преобразователя поляризации сигнал с необходимым фазовым сдвигом вновь обретает линейную поляризацию такой же ориентации, как и сигнал на входе фазовращателя.
Затем через диэлектрическую вставку в Ф/Д волноводе, содержащую поляризационный фильтр в виде резистивного слоя, для подавления паразитной ортогональной поляризации, сигнал поступает на вход управляемого преобразователя поляризации.
При прохождении управляемого преобразователя поляризации в зависимости от величины тока в его катушке сигнал на выходе будет иметь 4 вида поляризации:
1. Линейную вертикальную (исходную).
2. Линейную горизонтальную (ортогональную исходной).
3. Круговую правого вращения (по часовой стрелке).
4. Круговую левого вращения (против часовой стрелки).
Однако к современным элементам ФАР предъявлено новое требование - обеспечить возможность изменения амплитуды СВЧ сигнала, т.е. обеспечить в раскрыве решетки заданное амплитудное распределение, что особенно важно для цифровой обработки сигнала в приемнике, так называемых, адаптивных РЛС. В свете указанного требования антенный элемент ФАР должен дополнительно обладать свойствами аттенюатора. Многофункциональный прибор-прототип этим свойством не обладает.
Целью заявленной полезной модели является достижение дополнительного свойства, отсутствующего у прототипа, а именно изменение амплитуды СВЧ сигнала при сохранении функций управления его фазой и поляризацией.
Задача решается путем встраивания в СВЧ ферритовый многофункциональный прибор, содержащего волновод в виде металлизированного феррит-диэлектрического стержня круглого или квадратного сечения, входной согласователь с линейным фильтром, выходной согласователь, двухмодовый фазовращатель на входной части стержня, центрального элемента, включающего управляемую фарадеевскую секцию, поляризационный фильтр в виде диэлектрического волновода с резистивным слоем и диэлектрическую вставку с резистивным слоем, как части феррит-диэлектрического волновода, при этом вход диэлектрического волновода подключен к выходу фарадеевского вращателя плоскости поляризации, а его выход к входу невзаимного преобразователя поляризации.
На фиг.1А, 1Б изображен эскиз СВЧ ферритового многофункционального прибора.
СВЧ ферритовый многофункциональный прибор содержит:
Ф/Д волновод 1 (Фиг.1Б) в виде металлизированного по боковой поверхности Ф/Д стержня круглого или квадратного сечения. Согласующие элементы: входной 2 и выходной 3 (Фиг.1А), при этом входной согласователь выполнен разрезным и на поверхность разреза нанесен резистивный слой 4 для обеспечения функции фильтрации ортогонально поляризованной составляющей, СВЧ ферритовый фазовращатель 5, аттенюатор 6, содержащий управляемую фарадеевскую секцию 7 для поворота плоскости поляризации СВЧ сигнала, поляризационный фильтр 8 с резистивным слоем 9 для подавления ортогональной поляризации СВЧ сигнала и часть Ф/Д волновода в виде диэлектрической вставки 10 с резистивным слоем 11, переключатель поляризации 12, содержащий управляемую фарадеевскую секцию 13 для поворота плоскости поляризации СВЧ сигнала, преобразователь поляризации 14 на статической квадрупольной магнитной системе, между фарадеевской секцией 13 и преобразователем поляризации 14 имеется диэлектрическая вставка 15 в Ф/Д волноводе 1, обеспечивающая, как и вставка 10, функцию развязки от взаимного влияния по магнитным полям только теперь между фарадеевской секцией 13 и преобразователем поляризации 14.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Подаваемый на вход прибора СВЧ сигнал линейно поляризованный в вертикальной плоскости (исходная поляризация) через согласователь 2 поступает на вход ферритового фазовращателя 5. Пройдя фазовращатель 5, сигнал обретает необходимый фазовый сдвиг и сохраняет исходную поляризацию. До поступления на вход СВЧ ферритового аттенюатора 6 сигнал проходит диэлектрическую вставку 10 в Ф/Д волноводе 1. Диэлектрическая вставка 10 выполняет функцию развязки от взаимного влияния по магнитным полям между фазовращателем 5 и аттенюатором 6, а также функцию фильтрации (подавления) паразитной составляющей сигнала с поляризацией, ортогональной к исходной. В СВЧ ферритовом аттенюаторе 6 сигнал вначале проходит фарадеевскую секцию 7, в которой в зависимости от тока в катушке подмагничивания происходит поворот плоскости поляризации, т.е. после прохождения фарадеевской секции 7 СВЧ сигнал будет иметь две составляющие поляризации: вертикальную (исходную) и ортогональную исходной. Проходя далее поляризационный фильтр 8, СВЧ сигнал теряет часть своей мощности, т.к. ортогональная поляризация поглощается в резистивном слое 9 фильтра 8. После аттенюатора СВЧ сигнал поступает на вход фарадеевской секции 13 переключателя поляризации 12. При изменении величины тока подмагничивания в катушке фарадеевской секции 13 происходит поворот плоскости поляризации СВЧ сигнала. Подбором величины тока достигаются необходимые углы поворота плоскости поляризации, при которых обеспечиваются требуемые поляризации выходного СВЧ сигнала, проходящего через преобразователь поляризации 14.
Техническая реализуемость полезной модели была подтверждена фактом изготовления 6 макетных образцов прибора, работающих в 2-х, 3-х и 4 х сантиметровом диапазоне длин волн.
Основные технические характеристики макетных образцов прибора следующие:
Полоса рабочих частот, %
7,
Управляемый фазовый сдвиг, эл. град.
0-400,
Диапазон изменения поглощения, дБ
3-10,
Поляризация СВЧ сигнала
линейная вертикальная
линейная горизонтальная
круговая правая
круговая левая
Подавление кросс поляризации, дБ
20
КСВн
1,2-1,5