Волноводный фазовращатель Советский патент 1992 года по МПК H01P1/18 

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и может быть использовано для управления величиной фазового сдвига электромагнитной волны в волноводных линиях передачи и фазированных антенных решетках.

Известен волноводный фазовращатель, содержащий отрезок прямоугольного волновода, через щель в узкой стенке которого введена диэлектрическая пластина Изменение фазового сдвига происходит при перемещении диэлектрической пластины в волноводе. При перемещении диэлектрической пластины в область большей концентрации электромагнитного поля увеличивается замедление волны в волноводе и растет запаздывание.

Известная конструкция проста в изготовлении, имеет незначительные габаритные размеры, надежна и долговечна.

Однако, наличие диэлектрической пластины в волноводе изменяет коэффициент отражения проходящей волны в отдельных случаях до 15% (в зависимости от материала диэлектрика). Для лучших материалов

диэлектрика, например, керамика ПТ-5, ко- эффициент отражения составит 5-6%. Изме- С/) нение коэффициента отражения зависит от f положения диэлектрической пластины в волноводе, что приводит к зависимости ам- плитуды от фазы сигнала, что является нежелательным при работе фазовращателя в фазированных антенных решетках.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является волно- |Ч} водный фазовращатель, содержащий пря- Јд} моугольный волновод, в котором размещен , N. фазосдвигающий элемент из поворотных IQ металлических пластин, ось вращения кото- I рых связана с элементом управления. В из- . вестной конструкции оси вращения двух пластин параллельны друг другу и перпен- дикулярны оси прямоугольного волновода. Управляющий элемент каждой металлической пластины выполнен в виде двух катушек, расположенных ортогонально, и постоянного магнита, установленного между ними, и закрепленного на той же оси. Отсутствие в конструкции фазовращателя

элементов из диэлектрических материалов позволяет снизить потери СВЧ-мощности, а электромеханическое управление поворотом пластин обеспечивает быстродействие фазовращателя.

Недостатком такого фазовращателя является сложность конструкции, обусловленная наличием двух параллельных осей поворотов и сложность элемента управления поворотом пластин, обеспечивающего необходимую синхронизацию поворота осей.

Наличие в волноводе двух пластин, закрепленных на осях, проходящих через узкие стенки волновода, приводит к трехкратному уменьшению высоты волновода, и, следовательно, резкому снижению электрической прочности фазовращателя. К тому же электрическая прочность в конструкции фазовращателя изменяется в диапазоне регулирования фазы, что в ряде случаев является недопустимым.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в волноводном фазовращателе, содержащем прямоугольный волновод, в котором размещен фазовращающий элемент, из поворотных металлических пластин, ось вращения которых, проходящая через стенку волновода, связана с элементом управления, согласно изобретению, пластины закреплены на металлическом диске перпендикулярно его поверхности, на равном расстоянии друг от друга, а диск расположен параллельно широкой стенке волновода и соединен с осью вращения.

Кроме того с целью увеличения фазового сдвига, диск выполнен с диаметром, равным ширине широкой стенки волновода, толщина пластин d выполнена равной (0,01- 0,011)Ае, а расстояние между пластинами с равно (0,018-0,022)Ав, где Ав -длина волны в волноводе.

Жесткое закрепление на металлическом диске параллельных и равноотстоящих друг от друга пластин, установленных перпендикулярно поверхности диска, размещение диска параллельно широкой стенке волновода и перпендикулярно оси вращения пластин, проходящей через его центр, обеспечивают симметричность конструкции фазосдвигающего элемента с одной осью вращения, что приводит к упрощению конструкции.

Размер диаметра диска, толщина пластин и расстояние между ними определяют длину пути электромагнитной волны. При толщине пластин ,01lAB не обеспечивается максимальный фазовый сдвиг, а при ,01 Ав эффективность работы фазовращателя снижается из-за возникающих краевых эффектов на пластинах. При выборе

расстояния С между пластинами 0,022 Ав не обеспечивается максимальный фазовый сдвиг, а при выборе расстояния С между пластинами 0,08 Ав работоспособность также снижается из-за краевых эффектов на

пластинах.

В случае установки диска с меньшим диаметром для получения максимального фазового сдвига требуется уменьшение количества пластин, что приводит к неэффективности работы фазовращателя.

Таким образом, заявляемое изобретение имеет признаки отличительные от прототипа, обеспечивающие достижение цели, являющейся новым, более высоким результатом по сравнению с тем, который дает прототип.

При поиске известных в науке и технике решений, совокупность отличительных признаков заявляемого изобретения не выявлена.

Из вышеизложенного следует, что заявляемое техническое решение обладает новизной, существенными отличиями и обеспечивает получение положительного

эффекта.

На чертеже представлен волноводный фазовращатель.

Фазовращатель содержит прямоугольный волновод 1, в котором параллельно широкой стенке размещен металлический диск 2. Диск 2 установлен на оси 3 вращения, проходящей через центр диска 2 и отверстие в широкой стенке волновода 1. Ось 3 вращения соединена с элементом управления 4, который может быть выполнен шаговым двигателем. На диске 2 перпендикулярно его поверхности, на равном расстоянии друг от друга установлены металлические пластины 5.

Фазовращатель работает следующим образом. Электромагнитная волна, поступающая на вход волновода 1, распространяется в нем и из-за наличия пластин 5, установленных на диске 2, изменяет фазу,

т.к. изменяется длина пути прохождения электромагнитной волны. При этом величина фазового сдвига зависит от ориентации пластин 5 относительно продольной оси волновода 1. Поворотом диска 2 получают

необходимый фазовый сдвиг. Минимальный фазовый сдвиг 0° получают при положении пластин 5 параллельно продольной оси волновода 1. Сдвиг фазы 360° получают npi/ положении пластин 5 перпендикулярнс

продольной оси. Таким образом, предложенный фазовращатель обеспечивает плавный сдвиг фазы от 0° - 360° поворотом диска, имеющего одну ось вращения.

Достоинством предложенной конструк- ции в сравнении с прототипом является упрощение конструкции, что обусловлено симметричностью конструкции фазосдви- гающего элемента, постоянно перекрывающего одну и ту же часть плоскости поперечного сечения волновода, хорошим согласованием устройства.

Изготовлен опытный образец и проведены испытания конструкции фазовращателя. На частоте 10 ГГц, размеры прямоугольного волновода составили 23x10 мм. Высота пластин 6 мм, толщина пластин 0,3 мм, расстояние между пластинами 0,7 мм. Получено хорошее совпадение результатов расчета с данными эксперимента.

Формула изобретения

Волноводный фазовращатель, содержащий отрезок прямоугольного волновода, в котором установлены с возможностью поворота металлические пластины, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, введен диск, установленный параллельно широкой стенке волновода с возможностью вращения, а металлические пластины закреплены на диске параллельно одна другой и оси вращения диска на равное расстоянии друг от друга.

2. Фазовращатель по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью увеличения фазового сдвига, диаметр диска равен размеру широкой стенки отрезка прямоугольного волновода, толщина металлических пластин равна (0,01-0,011)ЯВ, а расстояние между ними равно (0.,018-0,22) Яв, где Яв - длина волны в волноводе.

Изобретение относится к устройствам СВЧ и может быть использовано в волноводных трактах для изменения фазы проходящего сигнала. Целью изобретения является упрощение конструкции. Волноводный фазовращатель содержит отрезок прямоугольного волновода 1, в котором установлен диск 2, который параллелен широкой стенке отрезка прямоугольного волновода 1 и имеет возможность поворачиваться. На диске 2 параллельно одна другой к оси вращения установлены металлические пластины 6, расстояние между ними одинаково 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

J