ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ ДЛЯ ФАЗИРОВАННЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК

Изобретение относится к радиоантеннам СВЧ-диапазона с электронным сканированием пространства, конкретно к фазовращателям для фазированных антенных решеток (ФАР) летательных аппаратов.
Известен фазовращатель для фазированных антенных решеток, содержащий фазосдвигающий элемент с электрическими выводами управления фазой, установленный в отрезке волновода. При этом фазосдвигающий элемент выполнен в виде ферритового стержня с обмоткой управления фазой [US №3753160, кл. Н 01 Р 1/19, 1973].
Недостатком известного устройства является относительно большой коэффициент поглощения СВЧ сигналов, обусловленный закрытием проходного сечения волновода ферритовым стержнем, имеющего относительно высокий коэффициент поглощения по сравнению с воздухом.
В основу настоящей полезной модели поставлена задача создания фазовращателя для ФАР, конструкция которого позволяет уменьшить коэффициент поглощения СВЧ сигналов.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в фазовращателе для фазированных антенных решеток, содержащем фазосдвигающий элемент с электрическими выводами управления фазой, установленный в отрезке волновода, согласно полезной модели фазосдвигающий элемент выполнен в виде металлизированной с внешней и внутренней сторон пьезокерамической вставки в волновод,
металлизированные покрытия которой соединены с электрическими выводами управления фазой.
При этом в зависимости от формы поперечного сечения волновода фазовращателя пьезокерамическая вставка может быть выполнена в виде пластины, отрезка трубы с сечением круглой, прямоугольной или эллипсоидальной формы, внешние поперечные размеры которых соответствуют внутренним поперечным размерам волновода.
Выполнение фазосдвигающего элемента виде металлизированной с внешней и внутренней сторон пьезокерамической вставки в волновод, металлизированные покрытия которой соединены с электрическими выводами управления фазой, позволяет исключить полное закрытие проходного сечения волновода при управлении фазой. Выполнение фазосдвигающего элемента как пьезокерамической вставки в волновод в виде пластины, отрезка трубы с сечением круглой, прямоугольной или эллипсоидальной формы, внешние поперечные размеры которых соответствуют внутренним поперечным размерам волновода позволяет дополнительно расширить класс волноводных устройств, в которых может использоваться предложенный фазовращатель.
На фиг.1÷3 представлены рисунки, поясняющие варианты конструкции фазовращателя. На фиг.1 представлена конструкция фазовращателя с пьезокерамическим элементом плоской конструкции преимущественно для миллиметрового диапазона электромагнитных волн, на фиг.2 - с пьезокерамическим элементом в виде отрезка трубы с кольцевым поперечным сечением для дециметрового диапазона электромагнитных волн, на фиг.3 - с пьезокерамическим элементом в виде отрезка трубы с поперечным сечением прямоугольной формы для сантиметрового диапазона электромагнитных волн.
Фазовращатель для фазированных антенных решеток содержит пьезокерамический элемент 1 с металлизированными покрытиями 2 и 3, установленный в отрезке 4 волновода. Металлизированные покрытия 2 и 3 соединены с соответствующими электрическими выводами 5, 6 управления фазой. Пьезокерамический элемент 1 выполнен в виде пьезокерамической вставки в отрезок 4 волновода. Пьезокерамическая вставка выполнена из титаната бария (ТБ-1) или цирконата-титаната свинца (PZT-5H). В зависимости от формы поперечного сечения отрезка 4 волновода фазовращателя пьезокерамический элемент выполнен в виде пластины (фиг.1), отрезка трубы с сечением круглой (фиг.2), прямоугольной (фиг.3) или эллипсоидальной формы (не показан), внешние поперечные размеры которых соответствуют внутренним поперечным размерам отрезкам 4 волновода.
Фазовращатель работает следующим образом. При прохождении высокочастотного излучения через отрезок 4 волновода, его фаза φ является функцией f волнового сопротивления ρ отрезка 4 волновода φ=f(ρ), зависящего от геометрических размеров внутреннего сечения волновода. В необходимый момент времени к пьезокерамическому элементу 1 к его внешней и внутренней стороны прикладывается разность потенциалов через металлизированные покрытия 2, 3 и соответствующие электрические выводы 5 и 6. Под воздействием приложенного напряжения за счет стрикционного эффекта изменяется толщина пьезокерамического элемента 1. Это приводит к изменению проходного сечения 7 фазовращателя для электромагнитной волны, изменению его волнового сопротивления ρ и, как следствие, к изменению фазы электромагнитного излучения на выходе фазовращателя по сравнению с фазой на его входе.
Полезная модель разработана на уровне экспериментального образца. Испытания, образца показали, что по сравнению с ферритовым фазовращателем предложенный фазовращатель позволяет уменьшить
затухание в диапазоне сантиметровых и дециметровых электромагнитных волн на 1.5÷2 дБ и обеспечить работоспособность фазовращателя в диапазоне миллиметровых волн, где ферритовые фазовращатели практически неприменимы из-за увеличенного коэффициента затухания (более 120 дБ).