ФАЗОВЫЙ ЦИРКУЛЯТОР Российский патент 2009 года по МПК H01P1/397 

Предлагаемое изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано, например, в качестве переключателя «прием-передача» в радиолокационных станциях.

Известны циркуляторы (А.Л.Микаэлян. Теория и применение ферритов на сверхвысоких частотах. Госэнергоиздат. 1963 г. 10-4 стр.561-576, рис.10-37-10-39, 10-45-10-47). Эти циркуляторы состоят из двойного тройника, двух невзаимных фазовращателей и щелевого моста. Их недостаток состоит в низкой электропрочности, обусловленной малыми зазорами между ферритовыми деталями и широкими стенками волноводов (в направлении вектора Е).

Наиболее близким по технической сущности является циркулятор, состоящий из двойного тройника, двух невзаимных фазовращателей, щелевого моста, ферритовых пластин, установленных в Н-плоскости на широких стенках волноводов, и магнитной системы (Микаэлян А.Л. Теория и применение ферритов на сверхвысоких частотах. Госэнергоиздат. 1963 г. стр.569-576, рис.10-48, 10-53). Обладая наибольшей электропрочностью из всех известных вариантов циркуляторов при больших импульсных мощностях, он, как и все другие циркуляторы, имеет ограниченный допустимый уровень мощности, определяемый нагревом ферритовых пластин, поглощаемой ими электромагнитной энергией, тем более существенным при передаче непрерывных и квазинепрерывных сигналов ВУМ.

Технический результат состоит в повышении электропрочности фазового циркулятора при работе на высоком уровне мощности за счет уменьшения нагрева ферритовых пластин невзаимных фазовращателей, поглощаемой ими энергией электромагнитного поля, особенно ощутимом при непрерывном и квазинепрерывном режимах.

Сущность предлагаемого фазового циркулятора состоит в том, что он содержит двойной свернутый тройник, к каждому из двух смежных каналов которого подключены два невзаимных волноводных фазовращателя с установленной на их внешней стороне магнитной системой. В поле этой магнитной системы, внутри каждого из волноводов невзаимных волноводных фазовращателей установлены по две ферритовые пластины, а выходы невзаимных волноводных фазовращателей соединены с двойным щелевым мостом. Новым в предлагаемом фазовом циркуляторе является то, что внутри волноводов каждого невзаимного волноводного фазовращателя в магнитном поле внешней магнитной системы на установленных в Н плоскости N немагнитных металлических перегородках размещены по 2N ферритовые пластины, где N - целое число. N немагнитных перегородок могут быть выполнены частично разделяющими волновод в Н плоскости.

На фиг 1. представлена функциональная схема фазового циркулятора.

На фиг.2 представлено поперечное сечение фазового циркулятора.

Фазовый циркулятор высокого уровня мощности состоит из: двойного свернутого тройника 1, двух невзаимных волноводных фазовращателей 2, двойного щелевого моста 3, 2N+2 ферритовых пластин 4, магнитной системы 5, N немагнитных металлических перегородок 6.

К каждому из двух смежных каналов двойного свернутого тройника 1 фазового циркулятора подключены два невзаимных волноводных фазовращателя 2 с внешней магнитной системой 5, в поле которой, внутри волноводов невзаимных волноводных фазовращателей 2 установлены ферритовые пластины 4, выходы невзаимных волноводных фазовращателей 2 соединены с двойным щелевым мостом 3.

В каждом из волноводов обоих невзаимных волноводных фазовращателей 2 на установленных в Н плоскости N немагнитных металлических перегородках 6, в магнитном поле магнитной системы 5 дополнительно установлены по 2N ферритовые пластины.

Невзаимные волноводные фазовращатели 2 могут быть подключены переходниками 7 к двойному свернутому тройнику 1 и к двойному щелевому мосту 3.

Циркулятор ВУМ работает следующим образом: при возбуждении двойного свернутого тройника 1 с Н-канала электромагнитное поле, пройдя через сдвоенный участок тройника синфазно с равными амплитудами, возбуждает два его смежных канала и поступает в каждый из двух невзаимных фазовращателей. Пройдя через фазовращатели, поля на выходе каждого из них приобретают относительный фазовый сдвиг равный 90°. Это при равенстве амплитуд обеспечивает сложение полей в одном из смежных каналов на выходе щелевого моста, являющегося выходом циркулятора, и вычитание (взаимную компенсацию) в смежном с ним канале. Аналогичным образом можно проследить прохождение сигналов через фазовый циркулятор, взяв в качестве входа любой из его внешних волноводных каналов. Немагнитные металлические перегородки 6, практически не нарушая согласования, делят волноводы каждого невзаимного волноводного фазовращателя 2 на N - волноводов пониженного сечения.

Повышение электропрочности достигается уменьшением толщины ферритовой пластины, что снижает потери электромагнитной энергии в них и соответственно снижает нагрев на высоком уровне средней мощности и одновременно повышает теплоотвод от слоев пластин, обращенных внутрь волновода. Выбор высоты волновода каждого из фазовращателей позволяет уменьшить плотность потока мощности и повысить электропрочность. Снижение высоты каждого из фактически образуемых волноводов невзаимных фазовращателей установкой немагнитных металлических перегородок позволяет уменьшить толщины ферритовых пластин при сохранении их ширины и длины за счет повышения их электродинамической активности. Все это влечет за собой как повышение электропрочности, так и стабилизацию параметров при работе на высоком уровне мощности, в том числе при непрерывном и квазинепрерывном режимах работы.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано, например, в качестве переключателя «прием-передача» в радиолокационных станциях. Техническим результатом является повышение электропрочности фазового циркулятора при работе на высоком уровне мощности за счет уменьшения нагрева ферритовых пластин невзаимных фазовращателей, поглощаемой ими энергией электромагнитного поля, особенно ощутимом при непрерывном и квазинепрерывном режимах. Фазовый циркулятор содержит двойной свернутый тройник, к каждому из двух смежных каналов которого подключены два невзаимных волноводных фазовращателя, с установленной на их внешней стороне магнитной системой. В поле этой магнитной системы внутри каждого из волноводов невзаимных волноводных фазовращателей установлены по две ферритовые пластины, а выходы невзаимных волноводных фазовращателей соединены с двойным щелевым мостом. Внутри волноводов каждого невзаимного волноводного фазовращателя в магнитном поле внешней магнитной системы на установленных в Н плоскости N немагнитных металлических перегородках размещены по 2N ферритовые пластины, где N - целое число. N немагнитных перегородок могут быть выполнены частично разделяющими волновод в Н плоскости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Фазовый циркулятор, содержащий двойной свернутый тройник, к каждому из двух смежных каналов которого подключены два невзаимных волноводных фазовращателя с внешней магнитной системой, в поле которой внутри волноводов невзаимных волноводных фазовращателей на их широких стенках установлено по две ферритовые пластины, выходы невзаимных волноводных фазовращателей соединены с двойным щелевым мостом, отличающийся тем, что внутри волноводов каждого невзаимного волноводного фазовращателя в магнитном поле внешней магнитной системы на установленных в Н плоскости N немагнитных металлических перегородках размещены по 2N ферритовые пластины, где N - целое число.

2. Фазовый циркулятор по п.1, отличающийся тем, что N немагнитных перегородок выполнены частично разделяющими волновод в Н плоскости.