ИМИТАТОР ВЫСОКОГО УРОВНЯ МОЩНОСТИ Российский патент 1997 года по МПК H01P7/06 

Устройство относится к технике СВЧ и предназначено для испытаний на электрическую прочность элементной базы СВЧ диапазона.

Известны имитаторы высокого уровня мощности на основе резонаторов бегущей волны (см. например, Харвей А.Ф<Техника сверхвысоких частот. М. Советское радио, 1960; Джонс Е.М. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. М. Связь, 1971-1972, т.2; а.с. СССР, NN 594553, 1555733 и др. кл. H 01 P 7/06).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству (прототипом) является схемная реализация имитатора, описанного в а.с. СССР N 1555733 и состоящего из входного волновода, кольцевого волноводного моста, короткозамыкателя, подключенного к первому выходному плечу моста, и резонансной цепи с каскадно соединенными фазовращателем и аттенюатором, один конец которой подключен к второму выходному плечу моста, а другой к его второму входному плечу.

Недостатком данного имитатора является его работа только на линейном виде поляризации электромагнитной волны, что сужает его область практического применения.

Целью данного изобретения является расширение области применения имитатора путем формирования двух видов поляризации электромагнитной волны.

Поставленная цель достигается введением в устройство трехплечего коммутатора, входное плечо которого соединено с первым выходным плечом моста, поляризационного тройника, выходное плечо которого, выполненное на квадратном или круглом волноводе, соединено с входом фазовращателя, и перехода с квадратного или круглого волновода на прямоугольный, расположенного в резонансной цепи между фазовращателем и аттенюатором. Причем первый вход поляризационного тройника соединен с вторым выходом моста, второй вход с вторым выходом коммутатора, в первом выходном плече которого на расстоянии, кратном половине длины волны в волноводе, установлен короткозамыкатель, а разность расстояний между входами поляризационного тройника кратна четверти длины волны в волноводе. Фазовращатель выполнен на отрезке квадратного или круглого волновода в виде четвертьволновой диэлектрической пластины, которая имеет два фиксированных положения, отличающиеся на 45^o, и возможность поворота в этих положения в пределах нескольких градусов.

Отличия предлагаемого имитатора высокого уровня мощности от известного заключаются во введении новых элементов, а именно трехплечего коммутатора, поляризационного тройника и перехода с круглого волновода на прямоугольный; в придании фазовращателю функции поляризатора; во введении новых связей, обусловленных как появлением дополнительных элементов, так и некоторой перекомпановкой схемы устройства.

Указанные отличия обеспечивают достижение положительного эффекта - испытание на электрическую прочность различных СВЧ устройств как при линейной, так и круговой поляризации электромагнитной волны.

Проведенный анализ известных технических решений показал, что они не имеют сходных признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа. Следовательно, заявляемое устройство обладает существенными отличиями.

Конструкция и принцип действия предлагаемого имитатора высокого уровня мощности поясняются двумя рисунками графического материала. На фиг. 1 приведена принципиальная схема имитатора, а на фиг. 2 схематическое изображение положений четвертьволновой диэлектрической пластины фазовращателя-поляризатора на отрезке круглого волновода.

Имитатор высокого уровня мощности содержит (фиг. 1) входной волновод 1, кольцевой волноводный мост 2, первое входное плечо которого соединено с входным волноводом 1, резонансную цепь 3 с каскадно соединенными поляризационным тройником 4, фазовращателем 5, переходом 6 и аттенюатором 7, коммутатор 8 и короткозамыкатель 9.

Устройство работает следующим образом. При поступлении во входной волновод 1 (фиг. 1) СВЧ сигнала он делится поровну в плече 2 1 моста 2. Дальнейшее распространение колебаний и вид поляризации электромагнитной волны зависят от положений коммутатора 8 и диэлектрической пластины (фиг. 2) в фазовращателе-поляризаторе 5. Если коммутатор и пластина находятся в положении П1 (фиг. 1, 2), то в резонансной цепи 3 циркулирует бегущая волна с линейной поляризацией и принцип действия имитатора ничем не отличается от работы прототипа. То есть первое выходное плечо кольцевого моста 2 2 закорочено короткозамыкателем 9 и поэтому вся энергия обоих колебаний, движущихся в кольце навстречу друг другу, складывается во втором выходном плече моста 2 - 4, поступает через первый вход поляризационного тройника 4 в резонансную цепь 3 и начинает циркулировать по данной цепи, каждый раз складываясь в фазе с энергией колебаний, поступающих на вход устройства, и увеличивать тем самым амплитуду колебаний в имитаторе. Четвертьволновая диэлектрическая пластина в поляризаторе 5 в этом случае перпендикулярна электрическим силовым линиям (фиг. 2) и практически не оказывает влияния на распространение волны. При необходимости поддержания электрической длины резонансной цепи 3, равной 2, пластину можно поворачивать в пределах нескольких градусов, тем самым регулируя фазу циркулирующей волны. Испытуемые на электрическую прочность СВЧ элементы в данном имитаторе должны размещаться между выходом поляризационного тройника 4 и входом фазовращателя 5. При необходимости испытаний элементов на круговой поляризации волны одновременно переключается коммутатор 8 и поворачивается диэлектрическая пластина поляризатора 5, занимая положение П2, отличающееся от предыдущего на 45^o (фиг. 2). В этом случае входной сигнал делится поровну между выходными плечами кольцевого моста 2-2, 2-4 и поступает на входы поляризационного тройника 4. Поскольку входные плечи тройника 4 ортогональны, а разность путей с выходных плеч моста 2 до входных плеч тройника 4 кратна четверти длины волны в волноводе, то в выходном плече тройника создается круговая поляризация волны. Проходя через четвертьволновую диэлектрическую пластину поляризатора 5 круговая поляризация волны преобразуется в линейную и через переход 6 и аттенюатор 7 колебания поступают во второе входное плечо моста 2-3, в котором так же, как и в предыдущем случае, складываются в фазе с колебаниями, поступившими на вход устройства, и далее процесс повторяется, существенно увеличивая амплитуду колебаний в резонансной цепи имитатора.

Диэлектрическая пластина в положении П2 также может поворачиваться в небольших пределах, обеспечивая тем самым синфазность колебаний, прошедших по резонансной цепи и поступивших в кольцо с входа устройства.

Рассмотрим варианты схемной реализации основных элементов предлагаемого имитатора, который выполнен на широко применяемых в технике СВЧ устройствах. В частности, кольцевой волноводный мост, фазовращатель поляризатор (см. фиг. 2), переход с круглого волновода на прямоугольный, аттенюатор и коммутатор описаны практически во всех учебниках по технике СВЧ, а наиболее полно по указанным устройствам в монографии Техническая электродинамика. О.И. Фельковский. М. Связь, 1978. Конструкции поляризационных тройников достаточно широко применяются в волноводных трактах РЛС, а одна из возможных конструкций описана в монографии Д. Б. Канарейкина, Н.Ф. Павлова, В.А. Потехина, Поляризация радиолокационных сигналов, М. Советское радио, 1966, стр. 367, рис. 11.36.

В целом использование предлагаемого имитатора высокого уровня мощности приводит к положительному эффекту, который заключается в возможности испытаний на электрическую прочность различных СВЧ-элементов на двух видах поляризации электромагнитной волны и реализации без существенного усложнения конструкций устройства.

Использование: техника СВЧ для испытаний элементной базы. Сущность изобретения: имитатор содержит кольцевой волноводный мост, первое входное плечо которого соединено с входным волноводом. К первому выходному плечу через трехплечий коммутатор подключен короткозамыкатель. Между вторым выходным и вторым входным плечами включена резонансная цепь с фазовращателем и аттенюатором. Вход фазовращателя соединен с выходным плечом поляризационного тройника, выполненным на квадратном или круглом волноводе. Входные плечи поляризационного тройника соединены с трехплечим коммутатором и с вторым выходным плечом кольцевого волноводного моста. Фазовращатель выполнен в виде отрезка квадратного или круглого волновода с четвертьволновой диэлектрической пластиной, имеющей два фиксированных положения, определенных положением подвижного элемента трехплечего коммутатора. Угловые положения диэлектрической пластины могут отличаться на 45^o и меняться в пределах нескольких градусов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Имитатор высокого уровня мощности, содержащий кольцевой волноводный мост, первое входное плечо которого соединено с входным волноводом, к первому выходному плечу на расстоянии, кратном половине длины волны, подключен короткозамыкатель, а между вторым выходным плечом и вторым входным плечом включена резонансная цепь с фазовращателем и аттенюатором, отличающийся тем, что введены трехплечий коммутатор, входное плечо которого соединено с первым выходным плечом моста, поляризационный тройник, выходное плечо которого, выполненное на квадратном или круглом волноводе, соединено с входом фазовращателя, и переход с квадратного или круглого волновода на прямоугольный, расположенный между фазовращателем и аттенюатором, при этом входы поляризационного тройника соединены с вторым выходным плечом кольцевого волноводного моста и вторым выходом трехплечего коммутатора соответственно и разность расстояний до точек их соединения кратна четверти длины волны, короткозамыкатель подключен к первому выходному плечу кольцевого волноводного моста через первый выход трехплечего коммутатора, а фазовращатель выполнен в виде отрезка квадратного или круглого волновода с четырехволновой диэлектрической пластиной, имеющей два фиксированных угловых положения, которые определены положением подвижного элемента трехплечего коммутатора. 2. Имитатор по п. 1, отличающийся тем, что угловые фиксированные положения диэлектрической пластины фазовращателя отличаются на 45^o и диэлектрическая пластина установлена с возможностью поворота в пределах нескольких градусов относительно ее фиксированных положений.