СВЧ ФЕРРИТОВЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ ОТРАЖАТЕЛЬНОГО ТИПА

Заявляемая полезная модель относится к антенно-фидерным устройствам и приборам техники СВЧ и может найти применение в радиотехнических схемах СВЧ диапазона и, в частности, в РЛС с ФАР широкого применения. Известны СВЧ ферритовые фазовращатели, в которых осуществляется управление фазой СВЧ сигнала. Такие приборы перспективны при создании быстродействующих приемо-передающих ФАР РЛС, измерительной техники СВЧ диапазона, см., например,:
1. А.И.Фирсенков, В.М.Крехтунов и др. Патент на полезную модель №109336, элемент фазированной антенной решетки.
2. Л.В.Науменко, Е.А.Смирнова, В.В.Федоров Патент на полезную модель №39227, СВЧ ферритовый фазовращатель.
3. В.М.Крехтунов, В.Б.Соколов. Авторское свидетельство №1688335, элемент фазированной антенной решетки.
4. В.М.Крехтунов, А.В.Лавров. Авторское свидетельство №1293773, элемент отражательной фазированной антенной решетки.
5. В.М.Крехтунов, А.В.Лавров. Авторское свидетельство №1106391, элемент отражательной фазированной антенной решетки
Известен СВЧ ферритовый фазовращатель, описанный в авторском свидетельстве №1293773, авторы В.М.Крехтунов, А.В.Лавров. Указанный прибор является наиболее близким к предлагаемой полезной модели и выбран в качестве прототипа. Прибор - прототип имеет в своем составе линию передачи СВЧ сигнала в виде металлизированного ферритового стержня, катушку для продольного намагничивания, ферритового стержня, магнитопровод в виде ферритовой втулки и согласующий трансформатор в виде диэлектрической шайбы.
Прибор - прототип работает следующим образом:
подаваемый на вход прибора СВЧ сигнал через согласующий трансформатор (согласователь) поступает в волновод в виде металлизированного ферритового стержня. За счет намагничивающего действия катушки происходит изменение индукции ферритового стержня и, как следствие, его электрической длины, что обеспечивает изменение фазы СВЧ сигнала. Внешний магнитопровод в виде втулки обеспечивает и высокое остаточное состояние индукции ферритового стержня и фазы фазовращателя.
В настоящее время к СВЧ фазовращателям для многоэлементной ФАР предъявляется ряд специфических требований, которые ранее относились к второстепенным параметрам и характеристикам. Так для РЛС с ФАР, содержащей около 30 тыс. антенных элементов фазирования, требования к энергии управления диаграммой направленности являются первостепенными и, естественно, указанное требование в первую очередь распространяется на управляемый элемент - фазовращатель. Во-вторых, согласователь фазовращателя должен обеспечивать одновременно, как широкополосный прием и передачу СВЧ сигнала, так и П-образную форму («столообразность») его парциальной диаграммы направленности. В-третьих, к основному требованию теперь относится высокая идентичность фазовременных характеристик фазовращателей, что необходимо для обеспечения высокого коэффициента направленного действия антенны, а, следовательно, высокого потенциала и дальности ее действия.
Прибор - прототип на сегодняшний день не обеспечивает перечисленные требования к фазовращателям для многоэлементной ФАР.
Целью заявленной полезной модели является снижение энергозатрат на управление фазовращателем.
Кроме этого дополнительные усовершенствования могут одновременно обеспечить широкополосность приема и передачи СВЧ сигнала, и П-образности формы парциальной диаграммы направленности согласователя фазовращателя, а также повысить идентичность фазовременных характеристик.
Задача решается соответственно путем выполнения из нитрида титана наружного слоя двухслойной металлизации ферритового стержня.
Кроме этого, внутренний диэлектрический элемент согласователя может быть выполнен в конической форме, а внешний конический полиэтиленовый элемент надет на внутренний.
Также последовательно с катушкой может быть включено сопротивление.
На фиг.1 изображен эскиз СВЧ ферритового фазовращателя отражательного типа, а на фиг.2 подробный фрагмент двухслойной металлизации ферритового стержня.
Фазовращатель содержит:
линию передачи СВЧ сигнала в виде металлизированного ферритового стержня круглого или квадратного сечения 1, согласователь 2, катушку 3 для продольного подмагничивания ферритового стержня 1, внешние магнитопроводы 4, металлизацию ферритового стержня, изображенную фрагментом 5 на фиг.1 и подробно на фиг.2, сопротивление 6, вспомогательный корпус 7 для придания жесткости конструкции прибора и размещения сопротивления.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Подаваемый на вход прибора СВЧ сигнал через согласователь 2 поступает в волновод в виде металлизированного ферритового стержня круглого или квадратного сечения 1. За счет намагничивающего действия катушки 3 происходит изменение индукции ферритового стержня 1 и, как следствие, его электрической длины, что обеспечивает изменение фазы СВЧ сигнала. Внешние магнитопроводы 4 обеспечивают высокое остаточное состояние индукции ферритового стержня 1 и фазы фазовращателя.
Новым в предлагаемом приборе являются:
выполнение металлизации ферритового стержня 1. Двухслойная металлизация 5 кроме традиционного медного подслоя 5А имеет защитный внешний слой 5Б выполненный из нитрида титана (NTi). Применение NTi, обладающего помимо высоких защитных свойств, высоким удельным сопротивлением, позволяет на порядок сократить энергозатраты на управление фазовращателем при сохранении потерь СВЧ сигнала.
Кроме этого возможно выполнение в конической форме внутреннего диэлектрического элемента согласователя, при этом внешний конический полиэтиленовый элемент надет на внутренний. Это позволяет обеспечить широкополосность приема и передачи СВЧ сигнала и П-образность формы парциальной диаграммы направленности согласователя.
Последовательное включение в электрическую цепь катушки 3 сопротивления 6 обеспечивают компенсацию разброса фазовременной характеристики фазовращателя.
Техническая реализуемость полезной модели была подтверждена фактом изготовления макетных образцов прибора.
Основные технические характеристики макетных образцов прибора в сравнении с параметрами прибора-прототипа следующие:
Параметры образцов
Параметры прототипа
1. Полоса рабочих частот, %
4,5
2,3
2. Вносимые потери, дБ
1.1
2,0
3. Среднеквадратичное отклонение (СКО) фазовых характеристик фазовращателей.
9
16
4. Ширина парциальной диаграммы направленности по уровню 3 дБ согласователя, град.
±40
30,5