ПОЛОСКОВЫЙ ЦИРКУЛЯТОР ФАЗОВОГО ТИПА Российский патент 2006 года по МПК H01P1/387 

Изобретение относится к радиотехнике сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использовано, например, в радиолокационных системах дециметрового диапазона длин волн с одной приемо-передающей антенной.

Широко используемые в современных радиолокационных станциях (РЛС) сантиметрового диапазона волноводные циркуляторы фазового типа (А.Л.Микаэлян. Теория и применение ферритов на сверхвысоких частотах, Государственное энергетическое издательство, Москва, 1963) характеризуются целым рядом положительных свойств: широкополосность, малый уровень вносимых потерь, работоспособность при больших уровнях мощности, многофункциональность и др. Существенными недостатками известных конструкций фазового циркулятора, ограничивающими его применение в РЛС дециметрового диапазона, являются большие габариты (длина устройства составляет примерно десять длин волн) и, как следствие этого, большой вес. Эти недостатки фазового циркулятора обусловлены, прежде всего, применением в его составе громоздких волноводных устройств: волноводно-щелевых мостов и двойных тройниковых разветвителей.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание малогабаритного устройства дециметрового диапазона, обладающего полезными свойствами фазового циркулятора.

Техническими результатами, достигаемыми при реализации изобретения, в частности, являются упрощение конструкции, уменьшение габаритных размеров, снижение веса, повышение технологичности изготовления.

Влияние на получение указанных технических результатов оказывают следующие существенные признаки.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в реализации известной схемы фазового циркулятора в полосковом исполнении. При этом громоздкие волноводно-щелевые мостовые устройства заменены их аналогами, выполненными в полосковом варианте, а невзаимный фазовращатель (обычно использующий волновод как необходимую структуру с круговой поляризацией СВЧ магнитного поля) выполнен с использованием полосковой структуры гребенчатого типа. Полосковый циркулятор фазового типа состоит из двух мостовых устройств и невзаимного фазовращателя, размещаемого между ними. Мостовые устройства в полосковом исполнении представляют собой либо 3-дБ направленный ответвитель со связанными полосками четвертьволновой длины, либо 3-дБ направленный ответвитель шлейфного типа, либо тройниковый разветвитель. Невзаимный фазовращатель выполнен на полосковой замедляющей структуре гребенчатого типа.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где показано: на фиг.1 - обобщенная структурная схема фазового циркулятора; на фиг.2 - примерная конструкция полоскового циркулятора фазового типа. На фиг.3 - схема формирования круговой поляризации СВЧ магнитного поля; на фиг.4 - поперечное сечение невзаимного фазовращателя с электромагнитной системой; на фиг.5 - схема другого возможного варианта полоскового циркулятора фазового типа.

Функционально полосковый циркулятор фазового типа, структурная схема которого приведена на фиг.1, состоит из двух мостовых устройств 1 и 2, двухканального невзаимного фазовращателя 3 с 90-градусным дифференциальным сдвигом фаз и двух 45-градусных взаимных фазовращателей 4. В качестве мостовых устройств могут быть использованы 3-дБ направленные ответвители на связанных полосковых линиях или шлейфного типа, обеспечивающие на выходах фазность в 90 градусов, или двойные тройниковые разветвители с синфазными выходами. При указанных на фиг.1 сдвигах фаз в отдельных элементах полоскового циркулятора фазового типа обеспечивается циркуляция в направлении плеч 5-6-7-8-5.

Конструкция полоскового циркулятора фазового типа, соответствующая схеме, приведенной на фиг.1, представлена на фиг.2. В качестве 3-дБ направленных ответвителей использованы ответвители 9 и 10 со связанными полосками четвертьволновой длины. Выходные плечи 11, 12 и 13, 14 ответвителей соединены с коаксиальными разъемами 15, 16 и 17, 18, установленными на торцевых стенках корпуса 19. Выходные плечи 3-дБ направленных ответвителей 20, 21 и 22, 23 соединены с полосковыми структурами 24 и 25, формирующими вдоль полосковых линий области с круговой поляризацией СВЧ магнитного поля. Взаимные 45-градусные фазовращатели реализованы за счет разности электрических длин выходных плеч 20, 21 и 22, 23.

Полосковые структуры 24 и 25 представляют собой замедляющую систему гребенчатого типа с длиной зуба, равной 1/8λ, где λ - средняя длина волны. Известно, что круговая поляризация СВЧ магнитного поля формируется двумя составляющими тока, ориентируемыми в пространстве под углом друг к другу в 90° и сдвинутыми по фазе на 90 электрических градусов. Как показано на фиг.3, это условие выполняется, если ток I, протекающий вдоль проводника, у основания зуба делится пополам на две равные составляющие i₁ и i₂. Составляющая i₁ ориентирована вдоль основного проводника, а составляющая i₂ - вдоль зуба, который перпендикулярен основному проводнику. Если фазу тока i₁ принять равной нулю, то фаза тока i₂, приходящего после отражения от разомкнутого конца зуба в точку разветвления, будет отставать от фазы тока i₁ на 90 градусов. При этих условиях суммарный вектор i, оставаясь постоянным по амплитуде, во времени будет совершать вращение по часовой стрелке с частотой, равной частоте СВЧ колебаний. Поскольку вокруг проводника с током формируется магнитное поле, то и оно будет поляризовано по кругу.

Круговая поляризация СВЧ магнитного поля необходима для реализации невзаимного фазовращателя, принцип действия которого основан на взаимодействии намагниченного феррита с СВЧ магнитным полем. Ферритовый вкладыш, выполненный в виде плоских пластин 26, размещен в четыре ряда на крышках 27 над областями круговой поляризации. Подмагничивание ферритовых пластин 26 осуществляется электромагнитной системой, состоящей из двух магнитопроводов 28 с полюсными наконечниками 29 и катушек 30, закрепленной на крышках 27. Направление подмагничивания ферритовых пластин показано стрелками.

Работу полоскового циркулятора фазового типа, т.е. прохождение подводимых к его плечам сигналов, можно проследить, используя схему, приведенную на фиг.1. Подобно волноводному циркулятору полосковый циркулятор фазового типа в зависимости от конкретного назначения может иметь различные варианты конструктивного исполнения. Конструкция, приведенная на фиг.2, характеризуется минимальными габаритами, но работоспособна при сравнительно небольших уровнях мощности. Использование 3-дБ направленных ответвителей шлейфного типа позволяет значительно улучшить мощностные характеристики, но при этом возрастают габариты.

На фиг.5 приведена конструкция трехплечного полоскового циркулятора фазового типа с использованием 3-дБ направленного ответвителя шлейфного типа 31 в сочетании с тройниковым разветвителем 32. Нагрузка 33 функционально заменяет собой четвертое плечо полоскового циркулятора фазового типа, которое обычно нагружается на согласованную нагрузку.

Имея в виду современные тенденции к миниатюризации радиоэлектронных средств, в том числе и РЛС, представляется целесообразным также выполнение циркулятора фазового типа в микрополосковом исполнении для замены маломощных микрополосковых Y-циркуляторов, используемых в приемопередающих модулях в качестве антенных коммутаторов.

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано, например, в радиолокационных системах дециметрового диапазона длин волн с одной приемо-передающей антенной. Полосковый циркулятор фазового типа состоит из двух мостовых устройств и невзаимного фазовращателя, размещаемого между ними. Мостовые устройства в полосковом исполнении представляют собой либо 3-дБ направленный ответвитель со связанными полосками четвертьволновой длины, либо 3-дБ направленный ответвитель шлейфного типа, либо тройниковый разветвитель. Невзаимный фазовращатель выполнен на полосковой замедляющей структуре. Все входящие в состав полоскового циркулятора фазового типа функциональные устройства могут быть выполнены также в микрополосковом варианте. Техническим результатом является упрощение конструкции, уменьшение габаритных размеров, снижение веса и повышение технологичности изготовления. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Циркулятор фазового типа, состоящий из двух мостовых устройств и размещенного между ними невзаимного фазовращателя, ферритовый вкладыш которого выполнен в виде набора пластин, отличающийся тем, что он выполнен с использованием мостовых устройств в полосковом исполнении и невзаимного фазовращателя на полосковой замедляющей структуре гребенчатого типа, причем каждое из мостовых устройств выполнено в виде 3-дБ направленного ответвителя на связанных полосках, либо направленного ответвителя шлейфного типа, либо тройникового разветвителя, а ферритовый вкладыш невзаимного фазовращателя размещен на крышках полосковой замедляющей структуры гребенчатого типа в области круговой поляризации сверхвысокочастотного магнитного поля.2. Циркулятор по п.1, отличающийся тем, что все входящие в его состав функциональные устройства выполнены в микрополосковом исполнении.