Устройство для выравнивания амплитудно-частотной характеристики СВЧ тракта
DEVICE FOR ALIGNMENT OF AMPLITUDE-FREQUENCY CHARACTERISTIC OF MICROWAVE PATH

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для выравнивания амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) трактов СВЧ.
Известен управляемый микрополосковый корректор наклона АЧХ, содержащий входную и выходную линии, а также четвертьволновый отрезок связанных линий, в диагональные плечи которого включены первый и второй короткозамкнутые четвертьволновые резонаторы, выполненные в виде микрополосковых шлейфов (Патент РФ №2238605, МПК Н01Р 3/08).
Такое устройство имеет высокую температурную зависимость АЧХ. В процессе работы данное устройство сильно греется, и под воздействием температуры изменяется характеристика материала, что искажает ранее настроенную АЧХ. Так же недостатком этого устройства является невозможность подстройки в процессе эксплуатации.
Известное устройство для выравнивания амплитудно-частотной характеристики тракта, принятое за прототип, представляет собой отрезок прямоугольного волновода на широкой стенке которого установлены коаксиальные режекторные контуры, настраиваемые на разные частоты внутри полосы пропускания (авторское свидетельство №427452, МПК Н03Н 5/12).
Недостатком такого устройства является слишком сложная конструкция, и как следствие сложность производства и длительное время настройки.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение быстрой перестройки резонаторов и увеличение точности выравнивания АЧХ, при малой зависимости ее от температуры устройства, что позволяет упростить процесс настройки.
t
11
p
p
Предлагаемое устройство для выравнивания амплитудно-частотной характеристики тракта содержит центральный тракт и коаксиальные резонаторы, настраиваемые на разные частоты внутри полосы пропускания. Центральный тракт представляет собой воздушную коаксиальную линию в заданной полосе рабочих длин волн от λ1 до λ2, расположенную в металлическом корпусе, при этом диаметр жилы d и внешний диаметр центрального тракта D выбирают такими, что выполняется соотношение:  где  - критическая длина волны возникновения волны типа Н. Перпендикулярно коаксиальной линии в корпусе выполнен, по меньшей мере, один коаксиальный четверть волновый резонатор в виде цилиндрического отверстия диаметром D. Причем каждый резонатор имеет три элемента подстройки, первый элемент диаметром d, регулирующий зазор с центральной жилой, является центральным проводником коаксиального резонатора, при этом выполняется соотношение:  а два других элемента в отверстиях корпуса, выполненных перпендикулярно коаксиальному резонатору, причем первый элемент ближе к концу резонатора, а второй ближе к его началу, каждый элемент выполнен с возможностью перемещения внутри отверстия.
Каждый элемент подстройки может быть выполнен в виде винта с гладким стержнем. Гладкий стержень необходим для обеспечения нужной добротности резонатора (или крутизна провала S21), и, как следствие, высокую точность выравнивания АЧХ. Если же функциональная часть регулировочного винта будет иметь резьбу, добротность резонатора будет слишком низкой, что не даст возможности выравнивания любой АЧХ ЛБВ.
Резонаторы могут быть расположены противоположно друг другу относительно тракта, при этом угол развала между ними 180°. Данное расположение резонаторов позволяет сократить размеры устройства, и как следствие упростить процесс настройки.
Резонаторы могут быть расположены противоположно друг другу относительно тракта, при этом угол развала между ними 90°. Данное расположение резонаторов позволяет сократить размеры устройства, и как следствие упростить процесс настройки.
Один из рядов резонаторов может быть смещен относительно другого ряда на половину расстояния между центрами соседних резонаторов. Такое расположение резонаторов позволяет обеспечить меньшее взаимовлияние соседних резонаторов, настроенных на соседние частотные точки, что несомненно снижает затрачиваемое время на настройку.
Выполнение центрального тракта в виде воздушной коаксиальной линии в заданной полосе рабочих длин волн от λ1 до λ2, расположенной в стальном корпусе обусловлено простотой изготовления.
На элемент подстройки коаксиального резонатора может быть нанесено покрытие с повышенными потерями, обеспечивающее более низкие добротности резонаторов, что позволяет выравнивать плавные (без резких перепадов) АЧХ ЛБВ. При этом можно использовать меньшее количество резонаторов.
Диаметр жилы d и внешний диаметр центрального тракта D выбирают такими, что выполняется соотношение:  Если в данном устройстве выполняется указанное соотношение для центрального тракта, это исключает возникновение высших типов волн в коаксиальной линии, то есть сигнал, протекающий по центральной жиле, не будет проникать в резонаторы, тем самым исключается возникновение паразитных резонансов.
p
Коаксиальный четвертьволновый резонатор в виде цилиндрического отверстия диаметром D, позволяет настраивать необходимый уровень резонанса S21.
p
Каждый резонатор имеет три элемента подстройки, первый элемент диаметром d является центральным проводником коаксиального резонатора и регулирует зазор с центральной жилой. При этом выполняется соотношение:  а два других элемента расположены в отверстиях корпуса.
Количество резонаторов выбирается исходя из рабочей полосы λ1 - λ2 и выравниваемой АЧХ. Так, если на рабочей полосе выравниваемой АЧХ нет резких перепадов максимумов, то необходимо меньшее число резонаторов, причем резонаторы должны быть с низкими добротностями, если АЧХ имеет резкие перепады, то может понадобиться большее количество резонаторов с более высокими добротностями.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 показана структурная схема предлагаемого устройства, где:
- центральный тракт 1,
- корпус 2,
- жила тракта 3,
- коаксиальный резонатор 4,
- 1-й элемент подстройки 5,
- 2-й и 3-й элементы подстройки 6.
На фиг. 2 показан поперечный разрез А-А предлагаемого устройства, где:
- центральный тракт 1,
- корпус 2,
- жила тракта 3,
- коаксиальный резонатор 4,
- 1-й элемент подстройки 5,
- 2-й и 3-й элементы подстройки 6,
D - внешний диаметр центрального тракта 1,
d - диаметр жилы 3,
p
D - диаметр резонатора4,
p
d - диаметр первого элемента подстройки 5.
Пример
Устройство для выравнивания амплитудно-частотной характеристики тракта на заданной полосе длин волн от λ1=25 мм до λ2=20 мм.
Корпус 3, выполненный из нержавеющей стали (проводимость σ=550000 с/м), имеет длину 34 мм, ширину 10 мм и высоту 15 мм.
В корпусе 3 образован центральный тракт 1 с внешним диаметром D равным 5 мм и диаметром d жилы 4 равным 2.17 мм, при этом выполняется соотношение
p
p
Перпендикулярно коаксиальной линии (центральному тракту 1) в корпусе 3 выполнены 12 коаксиальных четверть волновых резонаторов 4 в виде цилиндрических отверстий диаметром D равным 4.5 мм. Каждый резонатор 4 имеет три элемента подстройки 5 и 6. Первый элемент 5 диаметром d равным 2 мм выполнен из нержавеющей стали в виде винта с гладким стержнем, при этом выполняется соотношение
Второй и третий элементы 6, выполненные также в виде винтов с гладким стержнем диаметром равным 1.6 мм, размещены в отверстиях диаметром 1.6 мм, выполненных перпендикулярно коаксиальному резонатору 4. Расстояние между соседними резонаторами 4 равно 1 мм.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Каждая изготовленная ЛБВ имеет свою уникальную АЧХ, которая не всегда удовлетворяет требованиям. Для того чтобы выходные характеристики АЧХ ЛБВ достигали требуемых значений используют предлагаемое устройство. Устройство подключается к источнику СВЧ мощности с одной стороны и к ЛБВ с другой. Устройство предварительно настраивают по известной АЧХ ЛБВ.
Настройка осуществляется следующим образом: первый элемент подстройки 5 перемещают по резонатору 4 и регулируют глубину провала резонанса S21 (цель регулировки) и частоту (паразитный эффект). Второй элемент 6 перемещают в отверстии, перпендикулярном резонатору 4 и осуществляют его грубую настройку по частоте. Третий элемент 6 перемещают в отверстии, перпендикулярном резонатору 4 и осуществляют тонкую настройку частоты.
Одновременной настройкой трех элементов 5 и 6 удается обеспечить изменение глубины резонанса при неизменной частоте. Настройкой нескольких резонаторов 4 можно выровнять любую уникальную АЧХ ЛБВ.
Прототипом можно выровнять не все АЧХ ЛБВ из-за недостаточно высоких добротностей резонаторов. Поэтому выбраковываются ЛБВ, имеющие АЧХ с резкими перепадами. Так же в процессе работы устройство нагревается и настроенные АЧХ меняют свои параметры, что требует дополнительной подстройки.
Предлагаемое устройство не имеет сильной температурной зависимости (особенно при использовании ковора в качестве материала корпуса), что экономит время на настройку.
Устройство можно настраивать в процессе работы.
Резонаторы устройства обладают достаточной добротностью для точного выравнивания любой АЧХ ЛБВ даже с резкими перепадами, что существенно поднимает выход годных ЛБВ.
Использование коаксиальных резонаторов позволяет существенно сократить массогабаритные характеристики устройства, особенно при работе в дециметровом и длинноволновой части сантиметрового диапазонов длин волн.
Устройство имеет простую конструкцию, что упрощает его производство.