СВЧ АТТЕНЮАТОР-ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ

Предлагаемое техническое решение относится к технике СВЧ и может использоваться в различных системах с независимым регулированием амплитуды и фазы СВЧ сигнала, например, в антенно-волноводных трактах.
Известен прецизионный аттенюатор (Дж.Л.Альтман, Устройства сверхвысоких частот, пер. с англ., Изд. «МИР» М., 1968 г., стр.215-216), содержащий переход с прямоугольного волновода на круглый, соединенный с неподвижным круглым волноводом с поглощающей пластиной, расположенной перпендикулярно электрическому вектору проходящего СВЧ сигнала. Далее следует вращающийся отрезок круглого волновода с поглощающей пластиной, затем второй неподвижный круглый волновод с поглощающей пластиной и второй переход с круглого волновода на прямоугольный. При эффективных поглощающих пластинах этот аттенюатор обеспечивает максимальное затухание 50...60 дб и может быть точно откалиброван по величине затухания. Однако, такое устройство не может изменять фазу СВЧ сигнала. Кроме того, наличие механического привода
практически исключает использование такого аттенюатора в современных системах регулирования с цифровым управлением.
Наиболее близким по технической сущности является ферритовый СВЧ аттенюатор (Ферритовый СВЧ аттенюатор, патент на полезную модель №55512 от 13.02.2006, патентообладатель НИИП им. В.В.Тихомирова, авторы Мамонов А.И., Матвеев А.Г.). Он состоит из входного и выходного поляризационных мостов и расположенной между ними волноводной секции, которая содержит круглый волновод с ферритовым вкладышем в виде трубки или стержня, прилегающих и внутренней поверхности волновода, и магнитную систему с током, которая создает в волноводе с ферритом поперечное квадрупольное магнитное поле. Такое устройство управляется электронным узлом и может применяться в современных системах как с аналоговым, так и с цифровым управлением, однако оно также не может изменять фазу СВЧ сигнала.
Недостатками известных устройств являются невозможность независимого от фазы изменения амплитуды СВЧ-сигнала.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в достижении изменения амплитуды СВЧ сигнала и независимого от этого изменения его фазы.
Указанный результат достигается тем, что СВЧ аттенюатор-фазовращатель содержит входной и выходной поляризационные мосты и расположенную между ними волноводную секцию. Волноводная секция состоит из круглого волновода с ферритовым вкладышем и магнитной системы с током, причем ферритовый вкладыш выполнен в виде трубки или стержня, прилегающих к внутренней поверхности круглого волновода. Магнитная система с током создает поперечное квадрупольное магнитное поле.
Новым в предлагаемой полезной модели является введение двух поляризаторов, причем один из них включен между выходом входного поляризационного моста и входом волноводной секции, а второй поляризатор включен между выходом волноводной секции и входом
выходного поляризационного моста. В магнитную систему введена дополнительная обмотка с током, состоящая из четырех катушек, оси которых сдвинуты последовательно одна относительно другой на 90°, которая создает поперечное квадрупольное магнитное поле, повернутое на 45° относительно поперечного квадрупольного магнитного поля магнитной системы с током.
Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с известными признаками позволяют успешно реализовать поставленную цель.
На фиг.1 приведена конструкция СВЧ аттенюатора-фазовращателя.
На фиг.2 приведено расположение обмоток и картина квадрупольных магнитных полей в волноводной ферритовой секции.
СВЧ аттенюатор-фазовращатель состоит из входного поляризационного моста 1 с нагрузкой 2, входного поляризатора 3, ферритовой секции 4, выходного поляризатора 5, выходного поляризационного моста 6 с нагрузкой 7. Волноводная ферритовая секция 4 состоит из круглого волновода 8 с ферритовым вкладышем 9 в виде трубки, прилегающей к внутренней поверхности волновода 8, и магнитной системы 10, в которой находятся две обмотки 11 и 12. Волновод 8 может быть выполнен в виде тонкостенной латунной или алюминиевой трубы, а магнитная система 10 с обмотками 11 и 12 аналогична статору асинхронного двигателя. Входной и выходной поляризаторы 3 и 5 могут выполняться в виде отрезка круглого волновода с четвертьволновой диэлектрической пластиной, плоскость которой расположена под углом 45° к электрическому вектору линейно поляризованного входного СВЧ сигнала, или в виде волноводной ферритовой секции с управляющим квадрупольным магнитным полем, создающим дифференциальный фазовый сдвиг, равный 90°, по двум ортогональным направлениям в поперечной плоскости этой секции.
1
0
2
0
1
2
0
0
СВЧ аттенюатор-фазовращатель работает следующим образом. СВЧ сигнал с линейной поляризацией со входа через поляризационный мост 1 поступает на вход входного поляризатора 3. С его выхода СВЧ сигнал с круговой поляризацией поступает на вход волноводной ферритовой секции 4. На обмотки 11 и 12 подаются напряжения U=USinθ и U=UCosθ, где θ - произвольный угол. При этом в ферритовом вкладыше 9 образуются два квадрупольных магнитных поля H и Н (Фиг.2), создающих суммарное квадрупольное поле Н, которое поворачивается на угол θ. Величина Н пропорциональна напряжению U, которое устанавливается такой величины, чтобы в волноводной ферритовой секции 4 по двум ортогональным направлениям в ее поперечной плоскости создавался дифференциальный фазовый сдвиг равный 180°. В результате на выходе волноводной ферритовой секции 4 СВЧ сигнал с круговой поляризацией приобретает фазовый сдвиг, равный 2θ. Далее при проходе выходного поляризатора 5 СВЧ сигнал становится вновь линейно поляризованным с приобретенной фазой 2θ и через выходной поляризационный мост поступает на выход аттенюатора-фазовращателя. Таким образом, осуществляется изменение фазы СВЧ сигнала. Если производить уменьшение величины U, то дифференциальный фазовый сдвиг будет уменьшаться и будет равен 180°-Δ. Используя выражения 3, 4, 5 в статье А.И.Мамонов, «Ферритовая волноводная секция с квадрупольным магнитным полем и ее применение в управляемых СВЧ устройствах», Антенны вып. 2(93), 2005 г., стр.77, получаем при подаче на вход аттенюатора-фазовращателя сигнала
на его выходе сигнал
где при учете начальных диссипативных потерь
Из (2) видно, что при изменении Δ от 0°до 180° амплитуда выходного сигнала изменяется от  до нуля. Из (2) также следует, что изменение фазы
не приводит к изменению амплитуды СВЧ сигнала, и наоборот - изменение амплитуды не приводит к изменению фазы СВЧ сигнала.
Таким образом, предлагаемый аттенюатор-фазовращатель производит независимое изменение амплитуды и фазы СВЧ сигнала. На практике изменение амплитуды можно осуществить на 32...35 дб при начальных потерях 0.8...1 дб; изменение фазы можно производить не только в пределах 0°...360°, но и более 360°. Такой аттенюатор-фазовращатель является единственным устройством с электронным управлением, способным производить непрерывное изменение фазы СВЧ сигнала.