СВЧ ФЕРРИТОВЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ

Предлагаемая полезная модель относится к технике СВЧ и может найти применение в качестве СВЧ ферритового фазовращателя проходного типа.
К современным апертурным фазовращателям предъявляется комплекс требований:
- малые габариты;
- малый вес;
- технологичность сборки;
- малая энергия управления;
- малые вносимые потери;
- высокое быстродействие
при одновременном обеспечении высокой устойчивости к воздействию внешних механических и климатических факторов, повышенной влажности воздуха, безотказности длительной эксплуатации.
Этот комплекс требований во многом противоречив и трудно реализуем на практике.
Известен СВЧ ферритовый фазовращатель фирмы «Telefunken Patent. GmbH» (заявка ФРГ №1541681, МПК Н 01 Р 1/18 опубл. 20.03.75). К недостаткам этого фазовращателя следует отнести сложность конструкции, большие габариты и большие потери.
Наиболее близким по технической сути и совокупности существенных признаков к предлагаемому фазовращателю является СВЧ-устройство по а.с. СССР №1351476, МПК Н 01 P 1/19, опубликованному 09.10.85. Данное устройство, выбранное авторами в качестве прототипа, содержит соосно расположенные ферритовый стержень цилиндрической формы с частичной металлизацией его боковой поверхности на концах, обмотку
управления, охватывающую ферритовый стержень, два магнитопровода, расположенные симметрично по обе стороны от обмотки управления и охватывающие эту обмотку, ступенчатые согласователи цилиндрической формы, примыкающие с двух противоположных сторон к торцам ферритового стержня, фланцы для подсоединения устройства к регулярной линии передач. Благодаря частичной металлизации ферритового стержня на его концах образуются два металлических волновода, на концах которых установлены металлические диафрагмы с радиально расположенной прорезью. Конструкция устройства может быть скреплена при помощи корпуса, соединяющего противоположные фланцы (в описании а.с. СССР №1351476 не показан).
Устройство-прототип характеризуется высоким быстродействием, малой энергией переключения и малыми потерями электромагнитной энергии. Главный его недостаток - большие габариты, а также проблематичность обеспечения требований к воздействию механических и климатических факторов. Эти функции должны сильно зависеть от свойств неуказанного в описании корпуса.
Задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение габаритов при одновременном обеспечении высокого быстродействия, малой энергии переключения, малых потерь, высокой стойкости к воздействию механических и климатических факторов.
Эта задача решается тем, что в СВЧ ферритовом фазовращателе, содержащем соосно расположенные ферритовый цилиндрический стержень с металлизацией боковой поверхности, катушку с обмоткой управления на каркасе, охватывающей ферритовый стержень, два магнитопровода, симметрично расположенных по обе стороны от обмотки управления, охватывая ее, ступенчатые согласователи, примыкающие с двух противоположных сторон к торцам ферритового стержня, фланцы для обеспечения стыковки устройства с подводящими и отводящими волноводными трактами, в качестве несущего узла
конструкции устройства служит каркас катушки из пластмассы, к которому прикреплены, например, с помощью клея, ферритовый стержень, магнитопроводы и с двух противоположных сторон фланцы с закрепленными в них согласователями, изготовленными, например, из фторопласта, внутрь каждого из которых введен цилиндрический стержень или диск из диэлектрического материала, у которого диэлектрическая проницаемость выше диэлектрической проницаемости материала согласователей, например, из ситала, контактирующий с соответствующими неметаллизированными торцами ферритового стержня, концы которого введены в отверстия фланцев, боковая поверхность ферритового стержня металлизирована на всем протяжении, магнитопроводы изготовлены из магнитомягкого материала с прямоугольной петлей гистерезиса, имеют продолговатую П-образную форму и введены ножками с двух противоположных сторон в углубления прямоугольной формы в каркасе катушки до контакта с ферритовым стержнем с образованием замкнутой магнитной цепи, каркас катушки имеет внутреннее продольное отверстие для размещения ферритового стержня.
Технический результат полезной модели состоит в уменьшении габаритов, повышении надежности устройства при воздействии механических и климатических факторов при одновременном обеспечении высокого быстродействия, малой энергии переключения, малых потерь.
Указанный технический результат определяется тем, что
а) несущим элементом конструкции является каркас катушки управления из термореактивной пластмассы, к которому при сборке крепятся (приклеиваются) металлические фланцы и все другие детали конструкции;
б) полная металлизация боковой поверхности ферритового стержня обеспечивает надежное экранирование электромагнитной волны от магнитопроводов, катушки и
других элементов конструкции, которые могут вносить дополнительные СВЧ потери; кроме того это повышает влагозащиту ферритового стержня;
в) конструкция каркаса катушки и технология выполнения операций склейки обеспечивают надежную влагозащиту элементов фазовращателя, находящихся в области действия СВЧ волны.
Предлагаемую полезную модель иллюстрируют: фиг.1 а, б, в, на которой представлено предлагаемое устройство с разрезами во всех плоскостях; фиг.2 а, б, в, г, где показано устройство катушки управления.
Предлагаемый фазовращатель (фиг.1) содержит: каркас 1 катушки из термореактивной пластмассы с обмоткой управления 2, концы которой припаяны к выводам 3 катушки, охватывающей цилиндрический ферритовый стержень 4 с металлизированной боковой поверхностью и неметаллизированными торцами, концы которого введены в отверстия металлических фланцев 5; магнитопроводы 6 П-образной формы, введенные ножками с двух противоположных сторон в углубления прямоугольной формы 9 (фиг.2 а) в каркасе катушки до контакта с ферритовым стержнем 4 с образованием замкнутой магнитной цепи; согласователи 7 внутрь каждого из которых введен стержень или диск из диэлектрического материала 8.
На фиг.2а и 2б изображен внешний вид катушки управления в двух плоскостях, на фиг.2в показано сечение катушки по центральной плоскости, а на фиг.2г показано сечение секции с обмоткой управления.
При сборке согласователи 7, изготовленные например, из фторопласта, предварительно подвергаются специальной химической обработке для улучшения атгезионных свойств и заклеиваются в металлические фланцы 5 при помощи клея ВТ-25-200, позволяющего получить высокую прочность конструкции в широком диапазоне рабочих температур и обеспечить тонкий клеевой шов. Зазоры, возникающие между ножками
магнитопроводов 7 и соответствующими углублениями прямоугольной формы каркаса катушки, в которые они вставлены, заполняются клеем-герметиком ВГО-1, что обеспечивает надежную влагозащиту. Пластмассовый каркас 1 и металлические фланцы 5 склеиваются клеем ВТ-25-200, образуя единую конструкцию. Для усиления влагозащиты поверхности, указанные на фиг.1 покрываются влагозащитным лаком.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При помощи имеющихся у фазовращателя металлических фланцев 5 на входе и выходе он пристыковывается к волноводному тракту круглого сечения фазированной антенной решетки, по котрому распространяется волна круговой поляризации типа HI 1. При помощи согласователей 7 внутрь каждого из которых в контакт с неметаллизированными торцами ферритового стержня 4 введен стержень или диск 8 из диэлектрического материала, например из ситала, диэлектрическая проницаемость которого выше диэлектрической проницаемости согласователей, но ниже диэлектрической проницаемости ферритового стержня 4, фазовращатель согласован с этим волноводным трактом. На выводы 3 катушки управления от внешней системы управления подаются управляющие импульсы, которые через обмотку управления 2 приводят область ферритового стержня 4, находящуюся между областями соприкосновения ножек магнитопроводов 6 с ферритовым стержнем, в состояние остаточной намагниченности, направленной вдоль оси ферритового стержня и поддерживающейся после окончания действия импульсов управления благодаря замкнутой магнитной цепи. Величина этой намагниченности зависит от поданных на выводы 3 управляющих импульсов и определяет управляемый фазовый сдвиг, который приобретает проходящая через ферритовый стержень электромагнитная волна.
Управляемый фазовый сдвиг фазовращателей в составе апертуры фазированной антенной решетки (для каждого фазовращателя свой фазовый сдвиг) задается внешней системой для формирования заданной диаграммы направленности решетки.
Для того, чтобы переключить фазовращатель (сообщить электромагнитной волне другой управляемый фазовый сдвиг) необходимо подать на выводы управления 3 от внешней системы управления соответствующие этому фазовому сдвигу импульсы управления.
В опытном образце фазовращателя был использован ферритовый стержень из материала М1СЧ12-1 диаметром 2,4 мм и длиной 23 мм, имеющий покрытие 1 мкм меди и 1 мкм никеля. Металлические фланцы изготовлены из сплава Д16Т и имеют гальваническое покрытие хим.окс.э.
Каркас катушки изготовлен из термореактивной пластмассы ДСВ-4-Р-2М марки Л. Керамический диск диаметром 3,25 мм и длиной 3,1 мм изготовлен из ситала СТ38. Магнитопроводы изготовлены из материала М107П-3. Поперечные габариты изделия составляют ⌀6,3 max. Общая длина изделия составляет 43 мм. Фазовращатель имеет следующие основные параметры: диапазон рабочих частот более 3% в 8 - мм диапазоне,
вносимые потери: максимальные не более 1,7 дБ
средние не более 1,2 дБ, полный цикл переключения не более 100 мкс,
средняя энергия переключения не более 80 мкДж.
Как видно из описания предлагаемого устройства и технологии его сборки, основанной на склейке элементов с помощью промышленных клеев, заявляемая полезная модель может быть реализована в условиях промышленного производства.