УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВКИ КОЭФФИЦИЕНТА СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ ПО НАПРЯЖЕНИЮ В СВЧ-ПРИБОРАХ Российский патент 2009 года по МПК H01P1/22 

Изобретение относится к области радиоизмерительной СВЧ-техники и предназначена для плавной ручной регулировки коэффициента стоячей волны (КСВ) по напряжению в СВЧ-аттенюаторах, делителях напряжения в составе ваттметров поглощаемой мощности, а также в различных волноводных системах и коаксиальных линиях передачи и задержки.

На момент подачи заявки заявителю был известен только стационарный способ регулировки КСВ. На фиг.1 показана реализация указанного способа на примере четырехсекционного пленочного резистивного СВЧ-аттенюатора, применяемого в составе ваттметра поглощаемой мощности марки «М3-105» (ТУ ИЛГШ.411151.001) с использованием в качестве поглощающих и отражающих электромагнитные волны устройств, при помощи которых происходит регулировка ферритовых колец 1 (ГОСТ 6663-74 и ОСТ 11 707.004-76 «Ферриты СВЧ. Марки, основные параметры и методы измерений»), и/или керамических 2 и/или поликоровых 3 пластин.

СВЧ-аттенюатор представляет собой волновод, образованный боковыми стенками 4 корпуса 5 и верхним 6 и нижним 7 профилями-радиаторами, внутри которого установлены пакеты 8, 9, 10, 11 резистивных плат 12, 13, 14, 15, представляющих собой подложки с напыленными на нее резистивными пленками.

Подающийся на вход каждой из резистивных плат 12, 13, 14, 15 сигнал в большей степени поглощается ею в виде джоулевых потерь и частично излучается в виде инфракрасного излучения. При этом часть сигнала отражается от выхода каждой из резистивных плат 12, 13, 14, 15 в виде отраженной волны в плоскости резистивной платы и отраженных пространственных волн, распространяющихся вне плоскости резистивных плат 12, 13, 14, 15. Падающая и отраженная в плоскости резистивных плат 12, 13, 14, 15 волны интерферируют между собой и при сложении образуют стоячую волну. При этом возникает процесс образования многомодовости выходного сигнала, когда электромагнитные волны с разными фазами начинают когерировать между собой, что недопустимо во избежание резкого искажения выходного сигнала на выходе СВЧ-тракта.

Регулировку КСВ по напряжению производят на микромощностях следующим образом. Путем подбора вручную оптимального места расположения, например, ферритовых колец 1 на поверхности резистивных плат 12, 13, 14, 15, добиваются максимального ослабления по амплитуде отраженной в плоскости резистивных плат 12, 13, 14, 15 волны, которая является «паразитной» и вносящей существенные искажения в форму выходного сигнала - синусоиды, и того, чтобы падающая и отраженная волны когерировали бы между собой в противофазе. В таком случае реализуется одномодовый режим выходного сигнала. Отраженная волна отражается от ферритовых колец 1 и частично поглощается ими. Для падающей же волны из-за большой мощности входного сигнала ферритовые кольца 1 практически не являются препятствием.

Ферритовые кольца 1 закрепляются жестко термостойким клеем на поверхности резистивных плат 12 и 13 только после окончательной регулировки КСВ по напряжению.

Аналогично производят регулировку КСВ по напряжению в СВЧ-аттенюаторе с использованием керамических 2 или поликоровых 3 пластин, при этом возможно одновременное использование всех указанных выше поглощающих и отражающих электромагнитные волны устройств.

Данный способ регулировки осуществляется на микромощностях сигнала, но не учитывает тот факт, что экспериментальные данные радиоизмерений для амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) и фазочастотных характеристик (ФЧХ) на микромощностях по сравнению с реальным, максимально-номинальным значением мощности подающегося сигнала согласно ТУ ИЛГШ.411151.001, резко ухудшаются, а также на 3-5% возрастает значение КСВ, что означает увеличение мощности отраженного сигнала. При этом необходимо учитывать также и тот факт, что при заводских и военно-полевых испытаниях ваттметров поглощаемой мощности «М3-104», «М3-105», «М3-106», в частности СВЧ-аттенюаторов, при длительных вибрациях, тряске, ударах, напряженных температурных режимах эксплуатации - до +150°С как самих резистивных плат, так и высоких значений температуры окружающей среды - до +70°С и влажности 100%, поглощающие и отражающие электромагнитные волны устройства имеют свойства менять свое положение на резистивных платах относительно первоначально установленного места ввиду текучести крепящего клея под воздействием высокой СВЧ-мощности. Все вышеперечисленные причины приводят к тому, что, например, в аттенюаторе ваттметра «М3-105» в диапазоне частот 800-1600 МГц КСВ, измеренный при мощности сигнала 1-3 мкВт и изначально равный 1,15, при мощности сигнала, равной 500 Вт, т.е. в режиме «реальной нагрузки», изменяется до значений 1,18-1,20.

Недостатком устройств, реализующих известный способ, является сложность регулировки КСВ, а также невозможность регулировки КСВ в режиме «реальной» нагрузки. Так, в случае ремонтно-восстановительных или регулировочных работ, жестко смонтированные клеем на резистивные платы поглощающие и отражающие электромагнитные волны устройства весьма трудно поддаются переустановкам. При этом, в виду резкого увеличения рабочего времени и трудоемкости на проделываемые регулировочные операции увеличивается себестоимость выпускаемого аттенюатора и самого прибора в целом. В устройствах, реализующих известный способ, радиоинженеры и регулировщики СВЧ-техники постоянно должны решать задачу оптимизации монтажа поглощающих и отражающих электромагнитные волны устройств на резистивных платах для снижения показаний КСВ, согласно ТУ ИЛГШ.411151.001. Но производить опытно-экспериментальные замеры КСВ и контрольные испытания самих СВЧ-приборов в режиме «реальной нагрузки» категорически запрещается. Также существенным недостатком известного способа регулировки КСВ является низкая стабильность полученных результатов регулировки.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, направлена на усовершенствование устройства для регулировки КСВ по напряжению в СВЧ-приборах.

Технический результат от использования заявляемого устройства заключается в возможности регулировки КСВ по напряжению в СВЧ-приборах в режиме реальной нагрузки и упрощении процесса регулировки.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для регулировки КСВ по напряжению в СВЧ-приборах включает шток с резьбой, на верхнем торце которого выполнен шлиц, а нижний торец штока соединен с отражающим диском, который, в свою очередь, жестко соединен с поглощающим диском, при этом нижняя грань отражающего диска в центре снабжена направляющим выступом, установленным в цилиндрическом отверстии, выполненном в отражающем диске соосно со штоком, отражающим диском и поглощающим диском.

Предпочтительно в устройстве для регулировки КСВ по напряжению в СВЧ-приборах выполнение диаметра отражающего диска соответствующим диаметру поглощающего диска, а направляющего выступа - цилиндрической формы.

Заявляемое устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства стационарной регулировки КСВ по напряжению (аналог); на фиг.2 - общий вид заявляемого устройства регулировки КСВ по напряжению; на фиг.3 - вид сбоку устройства регулировки КСВ по напряжению в разрезе; на фиг.4 - вид устройства регулировки КСВ по напряжению при сборке; на фиг.5 - общий вид заявляемого устройства регулировки КСВ по напряжению, реализованного в составе СВЧ-аттенюатора, применяемого на базе ваттметра поглощаемой мощности «М3-105».

Устройство для регулировки КСВ по напряжению в СВЧ-приборах содержит шток 16 с резьбой 17, на верхнем торце 18 которого выполнен шлиц 19, а нижний торец 20 штока 16 соединен с отражающим диском 21. Отражающий диск 21 своей нижней гранью 22 жестко соединен с поглощающим диском 23. Нижняя грань 22 отражающего диска 21 в центре снабжена направляющим выступом 24 предпочтительно цилиндрической формы. В поглощающем диске 23 соосно со штоком 16, отражающим диском 21 и поглощающим диском 23 выполнено цилиндрическое отверстие 25, в котором установлен направляющий выступ 24.

Устройство для регулировки КСВ по напряжению в СВЧ-приборах реализуется, например, в составе четырехсекционного пленочного резистивного СВЧ-аттенюатора, применяемого на базе ваттметра поглощаемой мощности «М3-105» следующим образом.

В выполненное в верхнем профиле-радиаторе 26 СВЧ-аттенюатора отверстие 27 с резьбой ввернут шток 16 таким образом, что его верхний торец 18 со шлицом 19 направлен наружу верхнего профиля-радиатора 26, а соединенные с нижним торцом 20 штока 16 и между собой отражающий 21 и поглощающий 23 диски установлены внутри волновода СВЧ-аттенюатора, образованного боковыми 28 стенками корпуса 29 и верхним 26 и нижним 30 профилями-радиаторами. При этом нижняя грань 31 поглощающего диска 23 установлена параллельно резистивной подложке 32, размещенной внутри волновода. В СВЧ-аттенюаторе, применяемом на базе ваттметра поглощаемой мощности «М3-105», используется четыре последовательно соединенных пакета 33, 34, 35, 36 резистивных подложек 32, 37, 38, 39, напротив каждого из которых устанавливается заявляемое устройство, при этом пакет 33 состоит из двухсторонних резистивных подложек 32, поэтому заявляемое устройство устанавливается напротив него в верхнем 26 и нижнем 30 профиле-радиаторе.

Устройство для регулировки коэффициента стоячей волны по напряжению в СВЧ-приборах, например, в составе четырехсекционного пленочного резистивного СВЧ-аттенюатора, применяемого на базе ваттметра поглощаемой мощности «М3-105», работает следующим образом

В заявляемом устройстве используется принцип плавного изменения эквивалентной электроемкости С_экв, например, между резистивной подложкой 32 и верхним 26 профилями-радиаторами СВЧ-аттенюатора, что, в свою очередь, приводит к изменению волнового сопротивления всего СВЧ-тракта и коэффициента отражения СВЧ-волны в СВЧ-аттенюаторе. Следовательно, в итоге изменяется и сам КСВ по напряжению в СВЧ-аттенюаторе, т.к.:

,

где - коэффициент отражения СВЧ-волны аттенюатора, Z₀ - волновое сопротивление СВЧ-тракта, зависящее от эквивалентной емкости C_экв

,

R_вх - входное сопротивление поглощающих резистивных пленок, напыленных на подложку;

L - полная самоиндукция поглощающих резистивных пленок, напыленных на подложку.

При этом отраженные пространственные волны, распространяющиеся вне плоскости резистивной подложки 32, начинают взаимодействовать с соединенными отражающим 21 и поглощающим 23 дисками устройства регулировки KCB по напряжению и, частично поглотившись, отражаются ими обратно в сторону резистивной подложки 32. Отраженная от устройства волна многократно отражается от боковых стенок 28 корпуса 29 и под малым углом падает на плоскость резистивной подложки 32, начиная взаимодействовать с распростаняющимися в плоскости резистивной подложки 32 падающей и отраженной волнами.

При реализации заявляемого устройства в составе ваттметра поглощаемой мощности «М3-105», оно устанавливается в верхнем профиле-радиаторе 26 таким образом, что проекция центра отражающего 31 и поглощающего 23 дисков на резистивную подложку не попадает в резонансные точки падающей и отраженной волны, распространяющейся в плоскости резистивной подложки. В обратном случае идет генерация волн с различными модами, существенное искажение сигнала, что приводит к резкому ухудшению АЧХ и ФЧХ, увеличению KCB.

Вращательное движение штока 16 с резьбой 17 по резьбе в отверстии 27 верхнего профиля-радиатора 26 СВЧ-аттенюатора приводит к движению отражающего диска 21 и соединенного с его нижней гранью 22 поглощающего диска 23 в вертикальной плоскости параллельно резистивной подложке 32. При этом изменяется расстояние между поверхностью резистивной подложки 32 и соединенными отражающим 21 и поглощающим 23 дисками, а значит изменяется эквивалентная емкость C_экв, значение которой обратно пропорциональна этому расстоянию, и, соответственно, KCB по напряжению. Одновременно изменением высоты положения соединенных отражающего 21 и поглощающего 23 дисков над резистивной подложкой 32 добиваются максимального поглощения поглощающим 23 диском пространственных отраженных волн.

В случае, когда шток 16 с отражающим 21 и поглощающим 23 дисками вворачивается до упора, например, в резистивную подложку 32, то чтобы не произошло короткое замыкание между микрополосковой СВЧ-линией и корпусом - «землей», длина направляющего выступа 24 изготовлена меньше толщины поглощающего электромагнитные волны диска 23. Диаметры отражающего 21 и поглощающего 23 диска выбираются из расчета максимального перекрытия площади резистивной подложки 32. Направляющий выступ 24 выполняется для того, чтобы поглощающий диск 23 при сборке заявляемого устройства гарантированно устанавливался соосно штоку 16, отражающему диску 21, а также для сохранения этой соосности при работе заявляемого устройства.

Итак, изменением расстояния от соединенных отражающего и поглощающего дисков до резистивной подложки добиваются максимального поглощения отраженных пространственных волн, распространяющихся внутри СВЧ-аттенюатора, и одновременно, изменения КСВ по напряжению.

Отражающий диск, шток и направляющий штырь устройства для регулировки коэффициента стоячей волны по напряжению в СВЧ-приборах изготавливают из однородного материала, например из алюминиевого высокопрочного сплава "В95" (ГОСТ 4784-74), как монолитная деталь. Поглощающий диск изготавливают, например, из рутила - двуокиси титана (TiO₂), либо керамических пластин 22ХС (ГОСТ 20419-83) или поликора ТУ 11-81 (ТУ Ще0.781.000). Заявляемое устройство изготавливают методом механической обработки на токарном станке с последующим склеиванием отражающего и поглощающего дисков термостойким клеем, например, марки ВТ-25-200.

Предпочтительно выполнение верхнего и нижнего профилей-радиаторов, штока заявляемого устройства, отражающего диска и направляющего выступа из одного материала.

Таким образом, заявляемое устройство для регулировки коэффициента стоячей волны по напряжению в СВЧ-приборах позволяет регулировать КСВ по напряжению в СВЧ-приборах в режиме реальной нагрузки при упрощении процесса регулировки.

Изобретение относится к области радиоизмерительной СВЧ-техники и предназначено для регулировки коэффициента стоячей волны (КСВ) по напряжению в СВЧ-аттенюаторах, делителях напряжения в составе ваттметров поглощаемой мощности, а также в различных волноводных системах и коаксиальных линиях передачи и задержки. Устройство для регулировки КСВ по напряжению в СВЧ-приборах содержит шток с резьбой, на верхнем торце которого выполнен шлиц, а нижний торец штока соединен с отражающим диском. Отражающий диск своей нижней гранью жестко соединен с поглощающим диском. Нижняя грань отражающего диска в центре снабжена направляющим выступом. В поглощающем диске соосно со штоком, отражающим диском и поглощающим диском выполнено цилиндрическое отверстие, в котором установлен направляющий выступ. Технический результат от использования заявляемого устройства заключается в возможности регулировки КСВ по напряжению в СВЧ-приборах в режиме реальной нагрузки и упрощении процесса регулировки. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для регулировки коэффициента стоячей волны по напряжению в СВЧ-приборах, включающее шток с резьбой, на верхнем торце которого выполнен шлиц, а нижний торец штока соединен с отражающим диском, который, в свою очередь, жестко соединен с поглощающим диском, при этом нижняя грань отражающего диска в центре снабжена направляющим выступом, установленным в цилиндрическом отверстии, выполненном в поглощающем диске соосно со штоком, отражающим диском и поглощающим диском.2. Устройство для регулировки коэффициента стоячей волны по напряжению в СВЧ-приборах по п.1, отличающееся тем, что диаметр отражающего диска соответствует диаметру поглощающего диска.3. Устройство для регулировки коэффициента стоячей волны по напряжению в СВЧ-приборах по п.1, отличающееся тем, что направляющий выступ имеет цилиндрическую форму.