УПРАВЛЯЕМЫЙ СВЧ ФЕРРИТОВЫЙ АТТЕНЮАТОР

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 аттенюаторы, в которых осуществляется управление амплитудой СВЧ сигнала. Такие приборы перспективны при создании быстродействующих приемо-передающих ФАР РЛС, измерительной техники СВЧ диапазона, см., например,:
1. И.В.Лебедев, книга «Техника и приборы СВЧ», т.1, изд. «Высшая школа», Москва, 1970 г., стр.271.
2. Б.Лаке и К.Баттон, книга «Сверхвысокочастотные ферриты и ферримагнетики, изд. «Мир», Москва, 1965 г. стр.475.
3. Д.М.Сазонов, А.Н.Гридин, Б.А.Мишустин, книга «Устройства СВЧ», изд. «Высшая школа», Москва, 1981 г. стр.274-275.
4. М.Сколник, книга «Справочник по радиолокации», т.2, Радиолокационные антенные устройства, изд. «Советское радио», Москва, 1977 г., стр.41-42.
5. 3938158 US H01Q 013/02; H01P 001/17; H01P 001/40. Antenna Element for Circular or Linear Polarization. / Birch, et al. Appl. No.: 426388. Filed: 19.12.1973. Date of Patent 10.02.1976.
6. 4443800 US H01Q 003/36. Polarization Control Element for Phased Array Antennas / Stanley Gaglione. Appl. No.: 367504. Filed: 12.04.1982. Date of Patent 17.04.1984.
Известен управляемый СВЧ ферритовый аттенюатор, описанный в материалах заявки на полезную модель «СВЧ ферритовый многофункциональный прибор», (заявка №2010150735 от 10.12.2010 г., положительное решение о выдаче патента на полезную модель от 28.01.2011 г., заявитель ОАО «НИИ «Феррит-Домен»). Указанный прибор является наиболее близким к предлагаемой полезной модели и выбран в качестве прототипа. Прибор - прототип имеет в своем составе управляемый СВЧ ферритовый аттенюатор, состоящий из:
1) управляемой фарадеевской секции, представляющую собой линию передачи СВЧ сигнала в виде металлизированного продольно подмагниченного ферритового стержня круглого или квадратного сечения,
2) поляризационного фильтра на основе линии передачи СВЧ сигнала в виде металлизированного диэлектрического стержня с резистивным слоем, причем сечение диэлектрического стержня имеет такую же конфигурацию и поперечные размеры, как и сечение ферритового стержня.
Прибор - прототип работает следующим образом:
СВЧ сигнал линейной поляризации поступает на вход управляемой фарадеевской секции, в которой в зависимости от тока в катушке подмагничивания происходит поворот плоскости поляризации, т.е. после прохождения фарадеевской секции СВЧ сигнал будет иметь две составляющие поляризации: вертикальную (исходную) и ортогональную исходной. Проходя далее поляризационный фильтр, СВЧ сигнал теряет часть своей мощности, т.к. ортогональная поляризация поглощается в резистивном слое фильтра.
Минимизация массо-габаритных характеристик антенных модулей ФАР является важнейшим требованием современной, особенно бортовой, Р/Э аппаратуры. Сокращение конструктивных элементов прибора без потери функциональных свойств полностью отвечает указанным требованиям. Авторами было экспериментально обнаружено, что функции поворота плоскости поляризации и поглощение образующейся ортогональной составляющей могут быть реализованы в одной фарадеевской секции, без поляризационного фильтра, как отдельного самостоятельного конструктивного элемента СВЧ аттенюатора.
Управляемый СВЧ аттенюатор - прототип этим свойством не обладает.
Целью заявленной полезной модели является минимизация массо-габаритных характеристик аттенюатора за счет совмещения только в одной управляемой фарадеевской секции двух функций:
а) поворота плоскости поляризации,
б) поглощения образующейся ортогональной составляющей СВЧ сигнала.
2
2
Задача решается путем выполнения фарадеевской секции из двух соединенных между собой в продольной плоскости частей, при этом одна из соединяемых поверхностей выполнена с резистивным слоем, имеющем сопротивление в пределах от 500 Ом/см до 1000 Ом/см.
На фигуре изображен эскиз управляемого СВЧ ферритового аттенюатора.
Управляемый СВЧ ферритовый аттенюатор содержит:
Согласователи: входной 1 и выходной 2. Управляемую фарадеевскую секцию 3 в виде металлизированного по внешней поверхности ферритового стержня круглого или квадратного сечения. Стержень состоит из двух частей, склеенных между собой в продольной плоскости. На одну из склеиваемых поверхностей нанесен резистивный слой 4 для обеспечения функции поглощения ортогонально поляризованной составляющей СВЧ сигнала. Управляющий ток обеспечивается катушкой подмагничивания 5. Управляемая фарадеевская секция помещена в корпус 6.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
2
2
2
2
Подаваемый на вход прибора СВЧ сигнал, линейно поляризованный в вертикальной плоскости (исходная поляризация), через согласователь 1 поступает на вход фарадеевской секции 3 с продольно подмагничиваемым ферритовым стержнем. По мере распространения СВЧ сигнала через фарадеевскую секцию происходит поглощение СВЧ мощности, причем это поглощение зависит от проводящих свойств резистивного слоя. При сопротивлении резистивного слоя меньшем, чем 500 Ом/см резко возрастает КСВн аттенюатора и, как следствие, минимальное значение управляемых потерь (превышение 1,5 дБ и более), а также неравномерность управляемых потерь в рабочей полосе частот. При сопротивлении резистивного слоя большем, чем 1000 Ом/см резко уменьшаются максимальные управляемые потери (падение за 20 дБ и более). Максимальная эффективность достигается при сопротивлении резистивного слоя, лежащем в интервале от 500 Ом/смдо 1000 Ом/см. В указанном интервале зависимость поглощения от управляемого тока в катушке подмагничивания 5 практически совпадает с аналогичной зависимостью в аттенюаторе прототипе, отличие составляет не более 10-15%.
Техническая реализуемость полезной модели была подтверждена фактом изготовления 2 макетных образцов прибора, работающих в 3-х и 4 х сантиметровом диапазоне длин волн.
Основные технические характеристики макетных образцов прибора следующие:
Полоса рабочих частот, %
7,
Диапазон управляемых вносимых потерь, дБ
0,5-20,
КСВн
1,3-1,6