Квазиоптический фазовращатель Советский патент 1992 года по МПК H01P1/18 H01P1/19 

Изобретение относится к радиотехнике сверхвысоких частот, а именно к квазиоптическим радиоизмерительным устройствам и может быть использовано для осуществления линейного непрерывного сдвига фазы в квазиоптическом тракте.

Фазовращатели, в которых осуществляется линейный непрерывный сдвиг фазы, используются в квазиоптическом тракте в качестве измерительных фазовращателей с прямым отсчетом введенного сдвига фазы по шкале, а также в качестве фазовых сдви- гателей частоты для обеспечения непрерывного, линейного во времени сдвига фазы на выходе или, другими словами, сдвига частоты.

Известен поляризационный квазиспти- ческий фазовращатель, содержащий две четвертьволновые фазосдвигающие секции

и включенную между ними полуволновую фазосдвигающую секцию, каждая из них выполнена в виде плоского отражателя, перед которым установлена частопериодическая проволочная решетка на расстоянии, обеспечивающем соответственно четвертьволновый и полуволновый фазовые сдвиги для ортогонально поляризованных компонентов волны. Регулировка фазы сигнала на выходе осуществляется вращением решетки полуволновой фазосдвигающей секции вокруг оси, перпендикулярной ее плоскости. В таком фазовращателе вследствие наклонного падения волны на полуволновую фазосдвигающую секцию вводимый фазовый сдвиг связан с углом поворота этой секции нелинейной зависимостью. Кроме того, работа в диапазоне частот требует перестройки полуволновой фазосдвигающей секции. О Ю CJ 4 Ч

пользование данного фазовращателя в качестве фазового сдвигателя частоты путем непрерывного вращения полуволновой секции приводит (вследствие нелинейной зависимости сдвига фаз от угла ее поворота) к появлению побочных составляющих спектра выходного сигнала, затрудняющих работу с фазовращателем - сдвигателем частоты.

В другом известном поляризационном фазовращателе и фазовом сдвигателе частоты наклонное падение пучка на поворотную полуволновую фазосдвигающую секцию осуществляется последовательно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, чем частично обеспечивается компенсационная линеаризация зависимости вводимого фазового сдвига от угла поворота полуволновой секции. Однако его устройство конструктивно сложно, указанная линеаризация - не полная, в нем достигается лишь частичное улучшение спектра на выходе и, наконец, сохраняется требование перестройки полуволновой фазосдвигаю- щей секции при работе в диапазоне частот.

Радикальное улучшение спектра выходного сигнала и получение линейной зависимости фазового сдвига от угла поворота полуволновой секции достигается в квазиоптическом фазовращателе, являющемся ближайшим аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения. В нем для увеличения сдвига частоты и расширения диапазона применен в качестве полуволновой фазосд- вигающей секции двугранный 90°-уголко- вый отражатель. Фазовращатель содержит также четвертьволновую фазосдвигающую секцию в виде проволочной решетки и параллельного ей плоского отражателя и два тройниковых разветвления лучевода с проволочными решетками в диагональных плоскостях, служащих для разделения падающей волны и отраженной (выходной) волны (в случае его использования в качестве сдвигателя частоты - выходной волны со сдвинутой частотой).

Недостатком этого фазовргщателя являются большие потери сигнала связанные с выделением отраженного сигнала (сдвинутой частоты). Они составляют 6 дБ: только 1 /4 часть мощности (на сдвинутой частоте) поступает в выходной канал фазовращателя, 1/4 мощности (на сдвинутой частоте) возвращается к генератору и 1 /2 мощности на частоте входного сигнала теряется либо в некоторых измерительных схемах, может быть направлена в опорный канал.

Целью данного изобретения является уменьшение потерь сигнала. Снижение потерь сигнала в фазовращателе позволяет

повысить потенциал (расширить динамический диапазон) измерительных установок, использующих квазиоптический фазовращатель, либо заданный динамический диапазон измерений с генераторами меньшей мощности, более дешевыми и имеющими больший срок службы.

Эта цель достигается тем, что в квазиоптическом фазовращателе, содержащем пер0 вое разветвление лучеводов, выполненное Т-образным и снабженное первой проволочной решеткой, установленной в диагональной плоскости разветвления, два смежных плеча которого являются входным

5 и выходным, а к третьему присоединено второе разветвление лучеводов с установленной в его диагональной плоскости второй проволочной решеткой, повернутой относительно первой на угол 45°, и с установлен0 ным в его первом плече с возможностью вращения относительно оси лучевода двугранным металлическим уголковым отражателем, а во втором плече, расположенном по оси входного плеча, установлен плоский

5 отражатель, второе разветвление лучеводов выполнено крестообразным, и перед размещенным перпендикулярно оси лучевода плоским отражателем установлен намагниченный ферритовый диск с диэлектрической

0 пластиной, в третьем плече второго разветвления установлен с возможностью перемещения в доль оси лучевода двугранны / уголковый отражатель, ребро которого образует угол 45° с азимутальной плоскостью

5 второй проволочной решетки.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Фазовращатель содержит первое раз ветвление лучеводов 10, выполненное Т-об0 разным и снабженное первой проволочноР решеткой 11, установленной в его диаго нальной плоскости. Два смежных плеча это го разветвления 1 и 2 являются входным ъ выходным, а к третьему присоединено вто

5 рое, четырехплечее, разветвление лучево дов 3 с установленной в его диагональноГ плоскости второй проволочный решеткой 4 повернутой относительно первой проволоч ной решетки 11 на угол 45°. В первом плече

0 четырехплечего разветвления лучеводов С установлен с возможностью вращения от носительно оси лучевода двугранный ме таллический уголковый отражатель 8 снабженный шкалой 9, а во втором плече

5 расположенном по оси входного плеча 1 размещен плоский отражатель 7, перед ко торым установлен намагниченный феррито вый диск 6 с диэлектрической пластиной 12 В третьем плече четырехплечего разветвле ния лучеводов 3 установлен с возможно

стью перемещения вдоль оси лучевода двугранный отражатель 5, ребро которого образует угол 45° с азимутальной плоскостью второй проволочной решетки 4. Кроме того на чертеже: 13 - магнитная система феррита; EI и Е2 - векторы электрического поля электромагнитной волны на входе и выходе устройства.

Квазиоптический фазовращатель работает следующим образом. В плечо 1 фазовращателя поступает линейно поляризованная волна EI, электрический вектор которой перпендикулярен проволокам решетки 11. Это волна основного вида ЕНп полого диэлектрического либо металло-диэ- лектрического лучевода круглого или квадратного сечения, имеющая плоский фазовый фронт и осесимметричное амплитудное распределение с максимум на оси лучевода. Такая волна свободно проходит через решетку 11, а решеткой 4 разделяется на линейно поляризованные составляющие Ei-4-5 и Ei-4-7, равные по амплитуде и поляризованные соответственно параллельно и перпендикулярно азимуту решетки 45. Составляющая Е1-4-5 при отражении от отражателя 5 испытывает взаимный поворот плоскости поляризации на угол 90°, так как ребро двугранного уголкового отражателя 5 ориентировано под углом 45° к азимутальной плоскости решетки 4. Волна Е1-4-5-4 проходит через решетку 4 и поступает на двугранный металлический уголковый отражатель 8. Составляющая Е1-4-7 при прохождении через намагниченный ферри- товый диск 6 к плоскому отражателю 7 испытывает невзаимный поворот плоскости поляризации, пропорциональный толщине диска и напряженности магнитного поля Н, создаваемого магнитной системой 13, которые выбираются таким образом, что поворот плоскости поляризации составляющей Ei-4-7 равен 45°. После отражения от плоского отражателя 7 волна Е1-4-7-4 в феррито- вом диске 6 испытывает еще раз поворот плоскости поляризации на угол 45° и поэтому поступает на решетку 4 с поляризацией, ортогональной Ei-4-7. В результате Е1-4-7-4 отражается от решетки 4 к двугранному уголковому отражателю 8. Четвертьволновая диэлектрическая пластина 12 на переднем торце ферритового диска 6 является согласующим слоем. Осевое перемещение двугранного отражателя 5 необходимо для установления разности электрических длин участков 4-5 и 4-7, равной Я/8, где Я-длина волны квазиоптического пучка. В результате двукратного прохождения участков 4-5 и 4-7 разность фаз составляющих Е1-4-5-4 и

Е1-4-7-4 становится равной Я /4 и поляризация волны Е4-8, являющейся суммой этих составляющих, оказывается круговой. Фаза отраженной от двугранного уголкового отражателя 8 поляризованной по кругу волны У4-8-4 связана с углом его поворота вокруг оси лучевода, поворот отражателя на вызывает сдвиг фазы отраженной волны на угол 2 ) и, следовательно, равномерное

его вращение с частотой Q вызывает сдвиг частоты отраженного сигнала на 2 Q,Отраженная отражателем 8 волна также поляризована по кругу, но ее вектор вращается в противоположную сторону по отношению к направлению вращения вектора поляризации волны Е4-8. Это эквивалентно введению для одной из ортогональных составляющих волны Е4-8-4 сдвига фазы 180° (Я /2) по отношению к другой составляющей.

На решетке 4 волна Es-4 разделяется на две равные по амплитуде линейно поляризованные составляющие Еа-4-5 и Нв-4-7, поляризованные соответственно перпендикулярно и параллельно азимуту решетки 4. После двукратного прохождения участков 4-5 и 4-7 разность фаз этих составляющих становится равной 0° (360°), если учитывать только различие электрических длин этих участков. Однако, при отражении от двугранного уголкового отражателя 5 происходит взаимный поворот плоскости поляризации на 90°, что эквивалентно сдвигу фазы на 180° В результате азимут поляризации волны Ез-п, являющейся суммой двух составляющих

Ез-4-5-4, отразившейся от решетки 4, и Ев-4-7-4, прошедшей через эту решетку, составляет угол 90° с азимутом поляризации волны Е1-4. Поэтому волна Ј4-11 отражается решеткой 11 и поступает на выход 2 фазовращателя в

виде волны Е2.

Таким образом, без учета диссипатив- ных потерь в лучеводах и ферритовом диске, вся энергия входной электромагнитной волны EI преобразуется в энергию волны Е2,

регулируемой по фазе лиьо сдвинутой по частоте.

Формула изобретения

Квазиоптический фазовращатель, содержащий первое разветвление лучеводов, выполненное Т-образным и снабженное первой проволочной реил.ткой, установленной в диагональной плоскости разветвления. два смежных плеча которого являются входным и выходным, а к третьему подсоединено второй разветвление лучеводов с установленной в его диагональной плоскости второй проволочной решеткой, повернутой относительно первой на угол 45° и с установленным в его первом плече с возможностью вращения относительно оси лу- чевода двугранным металлическим уголковым отражателем, а во втором плече, расположенном по оси входного плеча, установлен плоский отражатель, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь сигнала, второе разветвление луче- водов выполнено крестообразным и перед

0

размещенным перпендикулярно оси луче- вода плоским отражателем установлен намагниченный ферритовый диск с диэлектрической пластиной, в третьем плече второго разветвителя установлен с возможностью перемещения вдоль оси луче- вода двугранный уголковый отражатель, ребро которого образует угол 45° с азимутальной плоскостью второй проволочной решетки.

Использование: радиотехника сверхвысоких частот, обеспечение линейного непрерывного сдвига фазы в квазиоптическом тракте. Сущность изобретения: устройство содержит первое Т-образное разветвление лучеводов, в диагональной плоскости которого установлена первая проволочная решетка, а два смежных плеча являются входным и выходным. К третьему плечу подсоединено второе крестообразное разветвление лучеводов со второ.й проволочной решеткой, повернутой относительно первой на угол 45°, в его первом плече установлен двугранный металлический уголковый отражатель, во втором плече - диэлектрическая пластина, намагниченный ферритовый диск и плоский отражатель, а в третьем плече установлен с возможностью перемещения вдоль оси лучевода двугранный уголковый отражатель, ребро которого образует угол 45° с азимутальной плоскостью второй проволочной решетки. 1 ил. 6

ю

, и

Z Z Zww// yY& &

Е ®

л

2

У Ж%

/

щР

- ъш&