СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫЙ КОАКСИАЛЬНЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ
ULTRA-WIDE BAND COAXIAL PHASE SHIFTER

Область применения
Изобретение может быть использовано в области радиолокации, радионавигации, связи, антенно-фидерных системах и измерительной технике для создания сдвига фазы СВЧ-сигнала в коаксиальном тракте, изменяемого в широких пределах, с внесением малого уровня проходных и возвратных потерь.
Уровень техники
Известен коаксиальный фазовращатель [патент US №8115570, 14.02.2012], который содержит металлический корпус с произвольным охлаждением, образующий внешний проводник, в котором расположен U-образной внутренний проводник. U-образной внутренний проводник выполнен из трубки, через внутреннюю полость которой протекает охлаждающая жидкость. Для изменения электрической длины между контактными соединительными элементами внутреннего проводника со стороны входного и выходного портов, длина U-образного внутреннего проводника может быть смещен извне. Соединительные части внутреннего проводника расположены соосно в наружных соединительных фланцах, которые контактируют с корпусом.
Известен коаксиальный фазовращатель из участков с различными волновыми сопротивлениями, выбранный за прототип [авторское свидетельство SU №120546, 01.01.1959], в котором с целью получения постоянного волнового сопротивления при изменении фазы, участок переменной длины выполняется с волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению внешней линии, участок с волновым сопротивлением отличным от волнового сопротивления линии выполняется длиной, кратной половине длины волны в линии.
Основными недостатками данных устройств является небольшой диапазон рабочих частот и высокий уровень возвратных и вносимых потерь.
Сущность изобретения
Техническим результатом предложенного решения является расширение диапазона рабочих частот коаксиального фазовращателя в сторону СВЧ, уменьшение его возвратных потерь и расширение диапазона регулировки сдвига фазы.
Технический результат достигается тем, что в сверхширокополосном коаксиальном фазовращателе, содержащем центральный и внешний проводники со скользящими контактами, согласно предложенному решению, две части коаксиального канала с одинаковым волновым сопротивлением образованы двумя центральными проводниками, каждый из которых запрессован в диэлектрическую шайбу, запрессованную в центрирующее кольцо, и внутренними поверхностями первой, второй соединительных втулок, втулкой с ламелями и настроечной втулкой, причем вдоль длины коаксиального канала центральные проводники снабжены компенсационными сдвигами относительно внешних проводников, в местах скачкообразного изменения последних, при этом первая соединительная втулка вкручена в цилиндрический металлический корпус с одной его стороны, а с другой его стороны стопорным кольцом закреплена настроечная гайка, в которую вкручена настроечная втулка, на которую накручена вторая соединительная втулка, причем сквозное отверстие корпуса выполнено со ступенчато изменяющимся диаметром, втулка с ламелями прижата к внутренней ступеньке корпуса первой соединительной втулкой через первое центрирующее кольцо, внешняя поверхность втулки при помощи ламелей образует скользящий контакт внешних проводников с внутренней поверхностью настроечной втулки, второе центрирующее кольцо прижато ко второй соединительной втулке настроечной втулкой, которая выполнена с увеличением внутреннего диаметра в области скользящего контакта центральных проводников, при этом каждый коаксиальный соединитель образован соответствующим центральным проводником и соединительной втулкой.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображен общий вид коаксиального фазовращателя, на фиг. 2 показан продольный разрез устройства, на фиг. 3 показан первый центральный проводник с местным разрезом в области первой диэлектрической шайбы, на фиг. 4 показан второй центральный проводник с местным разрезом в области второй диэлектрической шайбы и ламелей.
На фиг. 1-4 обозначено:
1 - металлический корпус;
2 - стопорное кольцо;
3 - настроечная гайка;
4 - первая соединительная втулка;
5 - первый центральный проводник;
6 - первая диэлектрическая шайба;
7 - первое центрирующее кольцо;
8 - гайка коаксиального соединителя;
9 - втулка с ламелями;
10 - скользящий контакт внешних проводников коаксиального канала;
11 - настроечная втулка;
12 - скользящий контакт центральных проводников коаксиального канала;
13 - вторая соединительная втулка;
14 - второй центральный проводник;
15 - вторая диэлектрическая шайба;
16 - второе центрирующее кольцо;
17 - резьба коаксиального соединителя;
18, 19 - стопорные гайки.
Осуществление изобретения
Сверхширокополосный коаксиальный фазовращатель соосной конструкции содержит металлический корпус 1 цилиндрической формы, на внешней поверхности которого имеется резьба и углубление, в которое устанавливается стопорное кольцо 2, удерживающее настроечную гайку 3. Во внутренней полости корпуса 1 соосно продольной оси выполнено сквозное отверстие, со ступенчато изменяющимся диаметром и резьба, в которую вкручивается первая соединительная втулка 4, внутренняя поверхность которой является внешним проводником коаксиального канала. Первый центральный проводник 5 запрессован в первую диэлектрическую шайбу 6, которая запрессована в первое центрирующее кольцо 7 и удерживается соосно сквозному отверстию втулки. Первая соединительная втулка 4 при помощи резьбового соединения через первое центрирующее кольцо 7 прижимает к внутренней ступеньке корпуса 1 втулку 9 со ступенчато-изменяющимися внешним и внутренним диаметрами и ламелями, выгнутыми от оси втулки. Внешняя поверхность втулки 9 при помощи ламелей образует скользящий контакт 10 внешних проводников с внутренней поверхностью настроечной втулки 11, образуя продолжение внешнего проводника коаксиального канала. Внутренняя цилиндрическая поверхность настроечной втулки 11 выполнена с увеличением диаметра, для компенсации изменения волнового сопротивления, вызванного увеличением диаметра второго центрального проводника 14, в области, где в него вставляется первый центральный проводник 5, тем самым образуя скользящий контакт 12 центральных проводников, а на внешней поверхности имеется резьба, на которую накручена настроечная гайка 3. Настроечная втулка 11 вкручена во вторую соединительную втулку 13, в которую вкручивается второе центрирующее кольцо 16. Второй центральный проводник 14 запрессован во вторую диэлектрическую шайбу 15, которая запрессована во второе центрирующее кольцо 16. Розетка и вилка коаксиальных соединителей образованы первой соединительной втулкой 4 с гайкой 8, второй соединительной втулкой 13, снабженной резьбой 17, вместе с соответствующими центральными проводниками 5, 14.
Настройка необходимого сдвига фазы СВЧ-сигнала осуществляется вращением настроечной гайки 3, в результате которого происходит смещение настроечной втулки 11 вместе со второй соединительной втулкой 13 относительно корпуса 1, при этом изменяется длина коаксиального канала с сохранением согласованного электрического контакта центральных и внешних проводников, за счет их скользящего ламельного соединения. Стопорные гайки 18 и 19 обеспечивают неподвижность настроечной гайки 3 и электромеханическую стабильность устройства.
Заявляемый сверхширокополосный коаксиальный фазовращатель обеспечивает расширение рабочих частот в сторону СВЧ, уменьшение возвратных потерь и расширение диапазона регулировки сдвига фазы.
Экспериментально были получены следующие частотные зависимости:
- рабочий диапазон частот от 0 до 32 ГГц;
- сдвиг фазы от 0 до 230 градусов;
- коэффициент передачи не хуже минус 0,4 дБ (при любом сдвиге фазы);
- возвратные потери не хуже минус 20 дБ (при любом сдвиге фазы).