ФЕРРИТОВЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ СВЧ-СИГНАЛА

Предлагаемое техническое решение относится к технике СВЧ и нредназначено для иснользования в СВЧ трактах, в частности, ДЛЯ переключения сигнала одного передатчика на две антенны.
Известен ферритовый переключатель СВЧ сигнала 1, состоящий из щелевого моста, двух фазосдвигающих секций и волноводного двойного Т-моста. Фазосдвигающая секция состоит из круглого волновода с ферритовой трубкой, прилегающей к его стенкам, и магнитной системы. В этом переключателе фазосдвигающие секции должны обеспечивать коммутируемые невзаимные фазовые сдвиги линейно - поляризованных сигналов на ± 45°. При этом ориентация управляющего магнитного квадрупольного поля в каждой секции должна быть такова, что две его ветви параллельны вектору Е проходящего сигнала. Магнитная система фазосдвигающей секции содержит сердечник из магнитомягкого материала с зубцами и управляющие обмотки. Такой переключатель СВЧ сигналов имеет ряд недостатков.
Появление пиков потерь вследствие возникновения высших типов ВОЛН в круглом волноводе с ферритом, а также
поляризационных ников потерь. На высоком уровне мощности это нриводит к электрическому пробою и разрушению ферритовых колец. Причиной образования пиков потерь являются наличие допусков при изготовлении круглого волновода и ферритовых колец, а также неоднородности в феррите.
Половина энергии управляющих сигналов, подаваемых на фазосдвигающие секции, не используется для создания фазовых сдвигов, так как из каждого полюса обоих статоров выходят два одинаковых по амплитуде потока индукции, а для работы переключателя нужен лишь один - вертикальный.
Увеличение веса, габаритов и стоимости переключателя СВЧ сигналов за счет принципиальной необходимости наличия двух волноводных развилок, так как магнитные системы не дают возможность совместить оси круглых волноводов с осями прямоугольных волноводов мостов.
Затруднено охлаждение ферритовых колец на высоком уровне мощности, так как материал магнитопровода (НЧ феррит, пермаллой, электротехническая сталь) плохо проводит тепло, а в его пазах к тому же находятся катушки с током.
Наиболее близким по технической сущности является ферритовый антенный переключатель СВЧ сигналов 2. Он состоит из двух щелевых мостов, между которыми включены два невзаимных ферритовых фазовращателя; каждый фазовращатель содержит прямоугольный волновод с ферритовым тороидом, на оси которого расположен проводник, соединенный с источником питания. При подаче СВЧ сигнала на вход переключателя и отсутствии токов в проводниках сигнал
проходит на один из выходов; нри пропускании токов в проводниках в противоположных направлениях такой величины, при которой прошедшие через фазовращатели сигналы приобретают относительный сдвиг фазы 180°, сигнал проходит на другой выход.
Недостатками такого ферритового переключателя СВЧ сигналов являются большие потери фазовращателей, так как ферритовые тороиды расположены в центральной части поперечного сечения волновода, где напряженность электрического поля максимальна. Необходимость достижения значительной разности фаз 180° приводит к большой длине ферритовых тороидов, что также увеличивает потери. При мощности СВЧ сигнала более 1 квт в таком переключателе требуется жидкостное охлаждение, что значительно усложняет конструкцию и увеличивает её стоимость. Вывод проводников с током из волновода создает проблему обеспечения высоких требований по радио- и воздущной герметичности.
Технический результат предлагаемого рещения заключается в уменьшении потерь, увеличении радио- и воздушной герметичности, уменьшении стоимости переключателя.
Указанный результат достигается тем, что ферритовый переключатель СВЧ сигнала, содержит щелевой мост, соединенный с выходами двух невзаимных фазовращателей на прямоугольных волноводах, в которых расположены ферритовые вкладыши.Ферритовые вкладыши выполнены в виде
ферритовых пластин, установленных вдоль узких стенок внутри каждого прямоугольного волновода, при этом снаружи прямоугольных волноводов расположены магнитопроводящие
,сс-///Н-В
скобы с обмотками управления, установлениые так, что они образуют с ферритовыми пластинами замкнутые магнитопроводы, а входы фазовращателей соединены с синфазными выходами волноводного двойного Т-моста.
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 чертеже приведена конструкция ферритового переключателя СВЧ сигнала. Ферритовый переключатель СВЧ сигпала состоит из волноводного двойного Т-моста 1, двух невзаимных фазовращателей 2 и 3, щелевого моста 4; каждый фазовращатель состоит из прямоугольного волновода 5, двух пластин 6 из СВЧ феррита, двух магнитопрводящих скоб 7, которые могут быть выполнены, например, из пермаллоя 79НМ или низкочастотного феррита, двух катушек 8, нагрузки 9.
Ферритовый переключатель СВЧ сигнала работает следующим образом. Сигнал из канала I, проходя волноводный двойной Т-мост 1, делится на два сигнала с одинаковыми амплитудами и фазами, которые поступают на входы фазовращателей 2 и 3. Каждый фазовращатель 2, 3 создает невзаимный фазовый сдвиг, т.е. при смене направления магнитных полей в пластинах 6 из СВЧ феррита фазы прошедших через фазовращатели 2, 3 сигналов меняют знаки на противоположные (см. 3). Магнитное поле в ферритовых пластинах 6 создается током в катушках 8, и для смены знака фазы требуется изменить направление тока.
Если при подаче тока в катушки 8 ферритового переключателя разность фаз сигналов на выходах фазовращателей 2 и 3 равна 90°, то весь сигнал проходит на выход П. При изменении направления тока в катушках 8 разность сигналов на выходах фазоврашателей становится равной - 90° и сигнал со входа Г проходит на выход ПТ.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет получить переключатель СВЧ сигнала на два канала. При этом потери каждого фазовращателя уменьшаются вдвое за счет уменьшения в два раза необходимой разности фаз; уменьшение потерь происходит также за счет расположения ферритовых пластин около узких стенок волновода, так как в этих местах напряженность электрического поля волны в прямоугольном волноводе минимальна. Все это увеличивает выходной сигнала и уменьшает нагревание феррита. В фазовращателях ферритового переключателя у волноводов нет отверстий для вывода проводов и поэтому он имеет полную радио- и воздушную герметичность; при этом упрощается технология его изготовления и уменьшается стоимость.
Литература.
1. А.И. Мамонов, Г.Я. Петляков, Л.М. Гавриленко, ФерритовыеСВЧ переключатели высокого уровня мощности, управляемые квадрупольным магнитным полем. Вопросы радиоэлектроники. Серия ОВР, 1987 г., вып. 10,стр. 62-ь70. г 2. V.W. Siekanowicz, DJ. Blattner, Т.Е. Walsh, Duplexer having two non-reciprocal phase shifting means, US Patent . №763744 от 25.08.7a Ш1р 1/32, US Cl. 333-1.1  Д U 3. А.Л. Микаэлян, Теория и применение ферритов ria СВЧ, М., Госэнергоиздат, 1963г., стр. 151, 243.  ,асИ- 1(/