ОТРАЖАТЕЛЬНЫЙ СВЧ-ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ
REFLECTIVE MICROWAVE PHASE SHIFTER

Предлагаемое техническое решение относится к технике сверхвысокой частоты (СВЧ) и может быть использовано в качестве управляющего элемента фазированной антенной решетки (ФАР) с электронным сканированием луча.
Известен СВЧ-фазовращатель (см. патент RU №1426371, МПК Н01Р 1/19, опубл. 15.10.1994), содержащий переход от прямоугольного волновода к круглому, подключенный к нему волноводный тройник с Е-плечом, взаимный преобразователь поляризации, фазовую секцию и невзаимный преобразователь поляризации, выполненные на отрезке круглого волновода, заполненного ферритом, магнитную систему фазовой секции, переход от круглого волновода к прямоугольному, причем взаимный преобразователь поляризации, фазовая секция, невзаимный преобразователь поляризации и переход от круглого волновода к прямоугольному последовательно соединены, причем вход взаимного преобразователя поляризации подключен к выходу волноводного тройника с Е-плечом, а магнитная система фазовой секции выполнена в виде соленоида, намотанного на входной части отрезка круглого волновода.
Известен СВЧ-фазовращатель (см. патент RU №2032254, МПК Н01Р 1/185, опубл. 27.03.1995), содержащий управляемый фазосдвигатель и первый и второй 3-дБ мосты, соединенные через первый и второй проходные фазосдвигатели, причем одно выходное плечо второго 3-дБ моста является первым выходом СВЧ-фазовращателя, проходные фазовращатели выполнены с фазовым сдвигом 0-180°, управляемый фазосдвигатель подключен к первому входному плечу первого моста - первому входу СВЧ-фазовращателя, второе входное плечо первого моста является вторым выходом СВЧ-фазовращателя.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является «Отражающий ферритовый фазовращатель СВЧ с импульсным управлением» (AC SU №340001, МПК Н01Р 01/18, публикация 24.05.72), содержащий отрезок короткозамкнутой передающей линии, катушку управления, ферритовый вкладыш и короткозамкнутую перемычку, причем ферритовый элемент разделен короткозамкнутой перемычкой, а большая его часть расположена вне поля СВЧ.
Недостатками известных СВЧ ферритовых фазовращателей является узкая рабочая полоса частот в диапазоне температур от - 50 до +70°С.
Технический результат предлагаемого решения заключается в расширении рабочей полосы частот отражательного фазовращателя в диапазоне температур от -50 до +70°С. Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что отражательный СВЧ-фазовращатель содержит отрезок запредельного прямоугольного волновода с короткозамыкателем и магнитной системой управления полем СВЧ-энергии, а также расположенный внутри отрезка прямоугольного волновода продольно намагниченный ферритово-диэлектрический вкладыш.
0
0
0
Новыми признаками предлагаемого изобретения является то, что перед короткозамыкателем установлен дополнительный отрезок прямоугольного волновода, причем длина, высота и ширина его выбраны из условия наилучшего согласования основного типа СВЧ-волны и полного затухания высших типов СВЧ-волн. Кроме того, дополнительный отрезок прямоугольного волновода может быть выполнен полым, а длина и высота дополнительного отрезка прямоугольного волновода выбраны равными (0,15±0,05)λ, ширина равной (0,6±0,05)λ, где λ - длина СВЧ-волны в свободном пространстве.
Отражательный СВЧ-фазовращатель состоит из отрезка запредельного прямоугольного волновода 1 с магнитной системой управления полем СВЧ-энергии 2, короткозамыкателя 3, расположенного внутри отрезка запредельного прямоугольного волновода продольно-намагниченного ферритово-диэлектрического вкладыша 4, дополнительного отрезка прямоугольного волновода 5.
На фиг.1 представлен отражательный СВЧ-фазовращатель.
На фиг.2 - частотная зависимость потерь.
10
01
11
01
10
11
11
10
01
11
Отражательный СВЧ-фазовращатель работает следующим образом: в отрезке запредельного прямоугольного волновода 1, внутри которого установлен продольно намагниченный ферритово-диэлектрический вкладыш 4, распространяются три волны: рабочая волна квази Н и паразитные квази H и Е. Изменяя размеры ферритово-диэлектрического вкладыша 4 можно передвинуть начало распространения волны H за пределы рабочей полосы частот, однако условия распространения волн квази Н и Е близки, поэтому паразитная волна Е присутствует во всей полосе работы фазовращателя. Постоянные распространения волн квази Н и H сильно зависят от подмагничивания, а постоянная распространения волны квази Е от подмагничивания практически не зависит. Частотная зависимость потерь фазовращателя имеет вид (фиг.2), где
1
10
f - частота отсечки волны квази Н,
2
3
11
f и f - частоты, на которых резонирует волна квази Е,
4
01
f - частота, на которой начинается распространение волны квази Н.
2
3
11
11
Рабочая полоса частот заключена между резонансами f и f, которые при изменении подмагничивания пропадают и появляются вновь, но положения своего по частоте не меняют, поскольку постоянная распространения волны квази Е не меняется с подмагничиванием и, следовательно, волна квази Е не изменяет своего фазового сдвига.
2
3
Полоса частот между резонансами f и f обратно пропорциональна длине ферритово-диэлектрического вкладыша 4.
10
11
0
0
0
В предлагаемом отражательном СВЧ-фазовращателе перед короткозамыкателем устанавливается дополнительный отрезок прямоугольного волновода 5, согласованного с фазовращателем по рабочей волне квази Н. Размеры второго отрезка прямоугольного волновода: ширина, высота и длина выбраны таким образом, чтобы волна квази Е, проходя через этот отрезок волновода, практически полностью затухла, например, длина и высота дополнительного отрезка прямоугольного волновода равными (0,15±0,05)λ, а ширина равной (0,6±0,05)λ, где λ - длина СВЧ-волны в свободном пространстве, а дополнительный отрезок прямоугольного волновода полым.
11
3
4
2
1
Следовательно, волна Е уже не отражается от короткозамыкателя и не проходит через ферритово-диэлектрический сердечник дважды, а это значит, что рабочая полоса частот становится шире. Это расширение рабочей полосы частот в зависимости от диапазона частот составляет (1,3-2,0) раза, на более низких частотах расширение рабочей полосы больше, на более высоких - меньше, т.к. на более высоких частотах фазовращатель имеет более широкую рабочую полосу частот. Несмотря на то, что резонансы f и f смещаются в сторону рабочего диапазона при плюсовых температурах, а резонанс f и запредельность f - при минусовых, предлагаемый отражательный СВЧ-фазовращатель обеспечивает расширение рабочей полосы частот в широком диапазоне температуре в (1,3-2,0) раза.