СВЧ-ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ПОЛЯРИЗАЦИИ Российский патент 1995 года по МПК H01P1/165 H01P1/175 H01F3/10 

Изобретение относится к СВЧ-ферритовой технике и может быть использовано в аппаратуре приема телевизионного сигнала, ретранслируемого со спутника.

Известны конструкции СВЧ-ферритовых переключателей поляризации, осуществляющие селекцию СВЧ-сигналов различной поляризации. Они содержат отрезки круглого входного и прямоугольного выходного волноводов, ферритовую секцию, соленоид для продольного подмагничивания ферритового элемента.

В качестве прототипа выбрана конструкция, описанная в 1.

Работа приборов основана на принципе Фарадеевского вращения плоскости поляризации СВЧ сигнала, распространяющегося в продольно намагниченной ферритовой среде.

СВЧ-ферритовый переключатель поляризации осуществляет прием линейно поляризованного сигнала, имеющего угловое отклонение от плоскости поляризации сигнала на выходе поляризатора. Для ликвидации указанного углового отклонения к ферритовому стержню прикладывается продольное магнитное поле. Кроме того, переключатель поляризации осуществляет подавление ортогонально поляризованного СВЧ-сигнала. При переключении прибора на другое заранее подобранное значение тока происходит прием ранее подавленного сигнала и одновременно подавление ранее принимаемого сигнала.

Недостатком известных приборов является высокий уровень энергозатрат на подмагничивание ферритового элемента. Это обусловлено тем, что ферритовый элемент выполнен в виде круглого стержня с соотношением длины l к диаметру р не более 4. При таком соотношении l/р для достижения необходимого внутреннего поля требуется высокое значение внешнего поля, а следовательно, ампер-витков.

Цель снижение уровня энергозатрат на управление (подмагничивание) СВЧ-переключателем поляризации.

Технический результат заключается в снижении размагничивающего фактора N, что приводит к снижению ампер-витков подмагничивающего соленоида.

Снижение величины размагничивающего фактора осуществлено путем выполнения ферритовой секции в виде составного броневого сердечника.

При непрерывном способе управления (без остаточного магнитного состояния) поляризатором в наружной стенке броневого сердечника выполнен зазор, который перекрыт магнитомягким кольцевым сердечником с переменной толщиной боковой стенки и возможностью вращения вокруг него.

При импульсном способе управления (переключения) составной броневой сердечник должен иметь минимальный (близкий к 0) размагничивающий фактор и максимально возможное остаточное магнитное состояние (коэффициент прямоугольности К_пр ≥ 0,85). В этом случае наружная стенка броневого сердечника имеет переменную толщину и выполнена из материала с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ) и возможностью вращения вокруг центрального полюса.

Предложенные варианты технических решений направлены на устранение возникающих искажений азимутальной симметрии подмагничивания СВЧ-ферритового стержня при размещении на нем внешнего магнитопровода.

На фиг. 1 и 2 приведены два варианта конструкций СВЧ-ферритового переключателя поляризации.

СВЧ-ферритовый переключатель поляризации по первому варианту (см. фиг. 1) содержит отрезок входного 1 и выходного 2 волноводов, ферритовую секцию 3. Ферритовая секция 3 выполнена в виде составного броневого сердечника с центральным полюсом (стержнем) 4 из СВЧ-ферритового материала и наружной стенкой 5 с зазором. Зазор перекрыт магнитомягким кольцевым сердечником 6 с переменной толщиной боковой стенки. Для подмагничивания используют соленоид 7.

СВЧ-ферритовый переключатель поляризации по второму варианту (см. фиг. 2) содержит отрезок входного 1 и выходного 2 волноводов, ферритовую секцию 3. Ферритовая секция 3 выполнена в виде составного броневого сердечника с центральным полюсом (стержнем) 4 из СВЧ-ферритового материала и наружной стенкой 5. Наружная стенка имеет переменную толщину и выполнена из ферритового материала с прямоугольной петлей гистерезиса. Конструкция содержит соленоид подмагничивания 7.

Работает переключатель поляризации следующим образом.

СВЧ-сигнал линейной поляризации поступает на вход цилиндрического входного волновода 1. Плоскость поляризации сигнала составляет угол θ с плоскостью поляризации выходного СВЧ-сигнала. Компенсация угла θ осуществляется ферритовой секцией 3 с СВЧ-стержнем 4, продольное подмагничивание которого обеспечивает соленоид 7. Величина подмагничивающего тока выбирается из условия достижения в ферритовом СВЧ-стержне 4 внутреннего поля, при котором угол поворота плоскости поляризации равен θ
Энергозатраты на подмагничивание ферритового СВЧ-стержня 4 в значительной степени зависят от размагничивающего фактора N. Классический способ снижения размагничивающего фактора это попытаться замкнуть магнитный поток в СВЧ-стержне 4 внешним магнитопроводом. Однако тривиальное размещение внешнего магнитопровода нарушает азимутальную симметрию подмагничивания СВЧ-ферритового стержня 4, вследствие чего ухудшаются параметры (потери, КСВ_н, развязки) переключателя поляризации. Нарушение симметрии подмагничивания СВЧ-стержня 4 возникает из-за неоднородности зазора между ним и внешним магнитопроводом 5. Различная толщина зазора по периметру стержня приводит к тому, что магнитное сопротивление контакта между ним и внешним магнитопроводом также является различным (переменным). Магнитный поток, растекающийся из СВЧ-стержня 4 к внешнему магнитопроводу 5 зависит от магнитного сопротивления контакта и, следовательно, будет отслеживать его распределение по периметру стержня.

При непрерывном способе управления поляризатором (см. фиг. 1) для компенсации паразитного влияния неоднородности зазоров предлагается ввести азимутально неоднородное магнитное сопротивление в виде кольцевого магнитомягкого сердечника 6, который надет с возможностью вращения на наружную стенку 5 (внешний магнитопровод) и перекрывает в ней искусственно введенный зазор. Для обеспечения неоднородности магнитного сопротивления внешнего магнитопровода толщина боковой стенки кольцевого сердечника 6 выполнена переменной.

При импульсном способе управления поляризатором (см. фиг. 2) наружную стенку 5 предлагается выполнить из материала с прямоугольной петлей гистерезиса. В этом варианте (см. фиг. 2) для компенсации паразитного влияния зазоров между ферритовым стержнем 4 и наружной стенкой 5 предлагается выполнить последнюю с возможностью вращения вокруг ферритового стержня 4 (на этапе настройки), причем ее толщина должна быть переменной.

Переключатель поляризации переключается на прием сигнала другой (ортогональной) поляризации при подаче в катушку подмагничивания тока 20 мА. Такая величина дает четырехкратный выигрыш по указанному параметру соответственно при сохранении других параметров (потери не более 0,2 дБ, развязка не менее 22 дБ, КСВ не более 1,25).

Использование: в телевизионной аппаратуре, предназначенной для приема программ спутникового телевидения и для осуществления ТВ программ, работающих на ортогональных линейных поляризациях. Сущность изобретения: ферритовая секция выполнена в виде составного броневого сердечника, наружная стенка которого имеет зазор, перекрытый магнитомягким кольцевым сердечником с переменной толщиной боковой стенки и возможностью вращения вокруг него. Во втором варианте при импульсном способе управления ферритовая секция выполнена в виде составного броневого сердечника, наружная стенка которого имеет переменную толщину и выполнена из материала с прямоугольной петлей гистерезиса и возможностью вращения вокруг центрального полюса. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

1. СВЧ-ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ПОЛЯРИЗАЦИИ, содержащий отрезки цилиндрического входного и прямоугольного выходного волноводов, между которыми установлена ферритовая секция с катушкой продольного подмагничивания, отличающийся тем, что ферритовая секция выполнена в виде составного броневого сердечника с центральным стержнем из СВЧ-ферритового материала, в наружной стенке броневого сердечника выполнен зазор, поверх которого установлен с возможностью вращения вокруг центрального стержня кольцевой сердечник из магнитомягкого материала с переменной по его периметру толщиной. 2. СВЧ-переключатель поляризации, содержащий отрезки цилиндрического входного и прямоугольного выходного волноводов, между которыми установлена ферритовая секция с катушкой продольного подмагничивания, отличающийся тем, что ферритовая секция выполнена в виде составного броневого сердечника с центральным стержнем из СВЧ-ферритового материала и наружной стенкой из ферритового материала с прямоугольной петлей гистерезиса, при этом наружная стенка выполнена с переменной по периметру толщиной и установлена с возможностью вращения вокруг центрального стержня.