СВЧ ФЕРРИТОВЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ

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. И.В.Лебедев, книга «Техника и приборы СВЧ», т.1, изд. «Высшая школа», Москва, 1970 г., стр.291, 298.
2. Б. Лакс и К. Баттон, книга «Сверхвысокочастотные ферриты и ферримагнетики, изд. «Мир», Москва, 1965 г. стр.312.
3. Дж.Л.Альтман, «Устройства СВЧ», изд. «Мир», Москва, 1968 г., стр.210-216, 219, 227.
4. Д.М.Сазонов, А.Н.Гридин, Б.А.Мишустин, книга «Устройства СВЧ», изд. «Высшая школа», Москва, 1981 г.стр.282-285.
5. М. Сколник, книга «Справочник по радиолокации», т.2, Радиолокационные антенные устройства, изд. «Советское радио», Москва, 1977 г., стр.208-251.
6. Патент США №2787765, кл. H01P 1/18 1957.
7. Патент США №3274516, кл. H01P 1/18 1966.
8. Патент РФ №2207666, опубликован 27.06.2003.
9. Полезная модель РФ №31873, опубликован 27.08.2003
10.Патент США №6867664, опубликован 15.03.2005.
Известен СВЧ ферритовый фазовращатель, описанный в авторском свидетельстве на изобретение SU 1351476 «Сверхвысокочастотное устройство» Указанный прибор является наиболее близким к предлагаемой полезной модели и выбран в качестве прототипа. Прибор - прототип имеет в своем составе: управляемую фарадеевскую секцию, представляющую собой линию передачи СВЧ сигнала, состоящую из двух металлических волноводов и расположенного между ними диэлектрического волновода в виде круглого ферритового стержня. Магнитную систему, выполненную в виде соленоида и двух магнитопроводов, магнитная система обеспечивает создание управляемого магнитного поля. На концах каждого металлического волновода установлена металлическая диафрагма с радиально расположенной прорезью.
Прибор - прототип работает следующим образом:
СВЧ сигнал поступает на вход управляемой фарадеевской секции, в которой в зависимости от тока в катушке магнитной системы приобретает необходимый фазовый сдвиг. Снижение потерь на стыке металлических волноводов с диэлектрическим волноводом обеспечивают металлические диафрагмы, а вихревые токи устраняет выполненная на каждой из диафрагм радиально расположенная прорезь.
Положительный эффект прибора прототипа на сегодняшний день не обеспечивает требования к фазовращателям по уровню потерь, КСВн и энергии переключения.
Целью заявленной полезной модели является уменьшение потерь и энергии переключения фазовращателя за счет более эффективного, чем у прототипа, устранения:
- влияния токов Фуко,
- паразитного излучения мощности СВЧ сигнала на стыке между диэлектрическим и металлическим волноводами.
Задача решается путем размещения на диэлектрическом волноводе двух частично металлизированных ферритовых сердечников, обеспечивающих замыкание магнитного потока между ферритовым стержнем и внешними магнитопроводами, причем стык металлизированных внутренней и торцевых поверхностей каждого сердечника выполнен с фаской, поверхность которой также металлизирована.
На фиг.1 и фиг.2 изображен эскиз СВЧ ферритового фазовращателя.
СВЧ ферритовый фазовращатель содержит:
Диэлектрический волновод 1. Два частично металлизированных ферритовых сердечника 2 и 3. Соленоид 4. Четыре внешних магнитопровода 5. Два фланца 6. Два согласующих элемента 7.
На фиг. 3а и 3б представлен детальный эскиз частично металлизированных ферритовых сердечников 2 и 3.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Подаваемый на вход прибора СВЧ сигнал, через согласующие элементы 7 поступает в диэлектрический волновод 1. В части диэлектрического волновода 1, заключенной между частично металлизированными ферритовыми сердечниками 2 и 3, распространяющаяся Э/М волна приобретает необходимый фазовый сдвиг, который обеспечивается полем, создаваемым соленоидом 4. Сохранение фазового сдвига после окончания действия поля соленоида 4 обеспечивается за счет памяти магнитной системы, образованной диэлектрическим волноводом 1, двумя частично металлизированными ферритовыми сердечника 2 и 3 и четырьмя внешними магнитопроводами 5. Новым элементом предлагаемого прибора являются частично металлизированные ферритовые сердечники 2 и 3. Они имеют круглое внутреннее отверстие 8 (фиг.3а) с диаметром, равным диаметру диэлектрического волновода, вешнюю не металлизированную поверхность 9 (фиг.3а), и фаски 10 (фиг.3а, 3б). Все металлизированные поверхности отображены на фиг.3а, 3б пунктиром.
Экспериментальное применение указанной конструкции сердечников, представляющих собой геометрическую неоднородность на открытой поверхности диэлектрического волновода, позволило резко уменьшить паразитное электромагнитное излучение.
Техническая реализуемость полезной модели была подтверждена фактом изготовления 2 макетных образцов прибора, работающих в 8-ми миллиметровом диапазоне длин волн.
Основные технические характеристики макетных образцов прибора в сравнении с параметрами прибора-прототипа следующие:
Параметры макетов
Параметры прототипа
Центральная частота, ГГц
33,5
33,5
Полоса рабочих частот, %
3-5
1-2
Вносимые потери, дБ
0,7-1,25
1,2-1,7
КСВн
1,2-1,45
1,5-2.0
Энергия переключения, мкДж
5-7
15-20