ЭЛЕКТРОННО-УПРАВЛЯЕМЫЙ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ АТТЕНЮАТОР Российский патент 2001 года по МПК H01P1/23 

Изобретение относится к технике СВЧ. Оно может быть использовано в СВЧ-измерительной аппаратуре, а также в иммитаторах РЛС в целях радиоэлектронной защиты.

Переменные аттенюаторы, использующие явление экспоненциального ослабления в запредельном волноводе, описаны в [1] (Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М. : Высшая школа, 1988, с. 153 - 154). Недостатком приведенных переменных аттенюаторов является отсутствие электронного управления уровнем мощности: ее изменение (мощности) происходит путем перемещения приемного зонда в запредельном волноводе.

За прототип принято устройство (см. Безбородов Ю.М., Лоскутов В.Ю., Савельев А.В. Диэлектрические резонаторы в устройствах управления фазой // Радиотехника, - 1987. - N 7. - С. 79 - 80), содержащее металлический экран, представляющий собой запредельный круглый волновод, диэлектрический резонатор, кольцо для возбуждения со встроенным p-i-n-диодом. От величины постоянного управляющего тока, протекающего через p-i-n-диод, зависит величина выходной мощности на фиксированной частоте. Недостатком данного фильтра-аттенюатора является невозможность электронной перестройки частоты и наличие дополнительных полос пропускания.

Предлагаемое изобретение направлено на расширение функциональных возможностей и на устранение дополнительных полос пропускания. Это достигается тем, что электронно-управляемый сверхвысокочастотный аттенюатор, содержащий запредельный закороченный цилиндрический волновод, во внутренней полости которого находится объем диэлектрика, возбуждающую со встроенным p-i-n-диодом и приемную петли, дополнительно содержит находящийся у торцевой стенки СВЧ- феррит, который намагничен током соленоида, намотанного на боковую стенку волновода, объем полярной жидкости, расположенный на оси запредельного волновода, сильфон, глухая торцевая стенка которого образует верхнюю торцевую стенку волновода, при этом возбуждающая и приемная петли находятся в пучности магнитного поля колебания H₀₁₁ цилиндрического объемного резонатора, которым является волновод при выполнении условий возбуждения колебаний H₀₁₁.

На чертеже показана конструкция СВЧ-аттенюатора, электронно-управляемого по мощности и частоте.

СВЧ-аттенюатор состоит из закороченного запредельного волновода 1, возбуждающей петли 2 со встроенным p-i-n-диодом 3, расположенной на расстоянии 0,48a (a - радиус круглого волновода) от оси, и ее плоскость раскрыва перпендикулярна плоскости чертежа, петли 4 для приема электромагнитной (ЭМ) энергии с плоскостью раскрыва, перпендикулярной плоскости чертежа, объемов СВЧ-феррита 5 и диэлектрика 6, заполняющих полость запредельного волновода 1, сильфона 7, соленоида 8, который намотан на боковую, и осевого объема полярной (H₂O) жидкости 9.

Электронно-управляемый по мощности и частоте СВЧ-аттенюатор работает следующим образом.

От величины постоянного управляющего тока, протекающего через p-i-n-диод, зависит величина выходной мощности. Вносить затухание можно плавно (или дискретно) на фиксированной частоте. Эта частота зависит от собственной частоты колебания H₀₁₁ цилиндрического объемного резонатора (ОР), в котором является волновод при выполнении условия возбуждения колебания H₀₁₁. Возбуждающая 2 и приемная петли расположены в пучности магнитного поля колебания H₀₁₁ цилиндрического ОР. Диэлектрик 6 позволяет уменьшить размеры ОР (диаметр, длина) при неизменной резонансной частоте колебания H₀₁₁ (см. Корбанский И. Н. Теория электромагнитного поля. - М.: Изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1964):

где a и l - радиус и длина пустого ОР с той же частотой колебания H₀₁₁ соответственно;
ε_д - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, заполняющего внутреннюю полость ОР.

Горизонтальный объем СВЧ - феррита 5 находится горизонтально у нижней торцевой стенки. За счет варьирования тока подмагничивания соленоида 9 меняются значения компонентов тензора магнитной проницаемости При этом изменяется собственная резонансная частота колебаний H₀₁₁. Она, рассчитанная методом "малых возмущений", равна:

где ω_B и ω_H- резонансные частоты с полем и без поля подмагничивания; μ и k - нормированные к магнитной проницаемости вакуума диагональный и компоненты тензора магнитной проницаемости СВЧ-феррита соответственно, они зависят от тока подмагничивания.

Объем полярной жидкости 9 (например, H₂O, имеющая полосу резонансного поглощения в сантиметровом диапазоне) расположен на оси запредельного волновода 1. Только при резонансе колебания H₀₁₁ (запредельный волновод начинает накапливать энергию, т.е. превращается в резонатор) на оси наблюдается узел электрического поля. Этим самым устраняются дополнительные полосы прозрачности на резонансных частотах колебаний E_mnp и H_mnp - их добротность уменьшается на порядок выше, чем колебания H₀₁₁.

Температурная стабилизация происходит следующим образом. С ростом температуры изменение компонентов тензора магнитной проницаемости СВЧ-феррита приводит к уменьшению резонансной частоты колебания H₀₁₁. При этом длина сильфона со специальным видом гофра увеличивается: длина резонатора уменьшается, а частота растет.

Сильфон возможно использовать и для механической перестройки частоты за счет изменения его длины, что также расширяет функциональные возможности прототипа.

Тем самым, введение объема СВЧ-феррита позволяет расширить функциональные возможности за счет организации дополнительной электронной перестройки частоты, а осевой объем полярной жидкости устраняет дополнительные полосы прозрачности.

Изобретение относится к технике СВЧ. Оно может быть использовано в СВЧ-измерительной аппаратуре, а также в иммитаторах РЛС в целях радиоэлектронной защиты. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и устранение дополнительных полос пропускания. СВЧ-управляемый аттенюатор содержит запредельный закороченный цилиндрический волновод, во внутренней полости которого находится объем диэлектрика, возбуждающую с встроенным p-i-n-диодом и приемную петли и дополнительно включает в себя горизонтальный объем СВЧ-феррита, который намагничен током соленоида, намотанного на боковую стенку волновода, осевой объем полярной жидкости, сильфон, глухая торцевая стенка которого образует верхнюю торцевую стенку волновода, при этом возбуждающая и приемная петли находятся в пучности магнитного поля колебания Н₀₁₁ цилиндрического объемного резонатора, в который превращается волновод при выполнении условий возбуждения колебания H₀₁₁. 1 ил.

Электронно-управляемый сверхвысокочастотный аттенюатор, содержащий запредельный закороченный цилиндрический волновод, во внутренней полости которого находится объем диэлектрика, возбуждающую со встроенным p - i - n-диодом и приемную петли, отличающийся тем, что дополнительно содержит находящийся у торцевой стенки СВЧ-феррит, который намагничен током соленоида, намотанного на боковую стенку волновода, объем полярной жидкости, расположенный на оси запредельного волновода, сильфон, глухая торцевая стенка которого образует верхнюю торцевую стенку волновода, при этом возбуждающая и приемная петли находятся в пучности магнитного поля колебания H₀₁₁ цилиндрического объемного резонатора, которым является волновод при выполнении условий возбуждения колебания H₀₁₁.