СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ФЕРРИТОВЫХ ФАЗОВРАЩАТЕЛЕЙ Советский патент 1995 года по МПК H01P1/19 

Изобретение относится к электронике СВЧ. Предлагаемый способ предназначен для испытаний ферритовых фазовращателей в процессе их разработки, исследований и изготовления.

Разработка приборов СВЧ, их исследование и изготовление требуют длительных энергоемких испытаний при воздействии на вход фазовращателей СВЧ сигнала с высоким (требуемым) уровнем средней мощности. Часто разработчик не располагает источником СВЧ мощности с необходимым уровнем сигнала в течение требуемого времени испытаний. Поэтому при испытаниях приборов применяют различные методы имитации высоких уровней мощности. Например, метод сложения мощности нескольких генераторов, основанный на применении специальной схемы сложения мощности от нескольких синхронных и синфазных генераторов, параллельно работающих на одну нагрузку. Схема должна обеспечивать взаимную развязку генераторов друг друга. В качестве основных элементов для построения таких схем применяются мостовые устройства. Необходимость нескольких генераторов, синхронной и синфазной волноводной системы делают этот метод сложным и малопригодным для лабораторных исследований.

Существует метод испытаний невзаимных трехплечих приборов на высоком уровне мощности (авторское свидетельство N 150769), позволяющий проводить испытания приборов при пониженном значении уровня СВЧ-сигнала, подаваемого на вход прибора. Однако данный способ неприменим для проведения исследований ферритовых фазовращателей.

В качестве прототипа авторами выбран метод, основанный на принципе интерференции волн сигналов, выделяемых направленными отверстиями с входа и выхода измеряемого прибора, с индикацией разностного сигнала на выходе одного из этих ответвителей и контролем его ухода по калиброванному фазовращателю. Основными недостатками указанного метода являются:
1. Сложность проведения испытаний.

2. Необходимость источников с повышенным значением уровня мощности.

3. Большие энергетические затраты.

Целью настоящего изобретения является снижение энергозатрат.

Указанная цель достигается тем, что фазовращатель нагревают до среднеобъемной температуры ферритового вкладыша, которую предварительно определяют для одного из них при рабочем уровне мощности, а величину СВЧ сигнала выбирают равной 0,001% от уровня рабочей мощности.

На фиг. 1 представлена часть волновода с феppитовым вкладышем в центре; на фиг.2 зависимости управляемого сдвига фазы от тока управления (номера команды управления) при различных значениях температуры ферритового вкладыша; на фиг. 3 зависимость управляемого сдвига фазы от номера команды управления при воздействии на вход прибора средней мощности Р_ср 300 Вт и зависимость управляемого сдвига фазы в эквивалентном режиме; на фиг.4 зависимости управляемого сдвига фазы от номера команды управления при подаче на вход прибора Р_ср 600 Вт и зависимость управляемого сдвига фазы от номера команды управления в эквивалентном режиме работы; на фиг.5 зависимости управляемого сдвига фазы от номера команды управления при подаче на вход прибора Р_ср 450 Вт и зависимость управляемого сдвига фазы от номера команды управления в эквивалентном режиме.

Среднеобъемная температура ферритового вкладыша определяется по методике, изложенной в СТП ПЯ 223.500-79. Приборы ферритовые СВЧ. Вентили, переключатели СВЧ-мощности, фазовращатели, циркуляторы. Расчет тепловых и термоупругих режимов. Исходными параметрами для расчета среднеобъемной температуры ферритового вкладыша по данной методике являются:
1 геометрия прибора;
2 теплофизические свойства материалов, используемых при разработке прибора;
3 величина поглощенной мощности.

Для расчета поглощенной мощности необходимо знать величину вносимых потерь, которая предварительно измеряется для одного из приборов при рабочей мощности СВЧ. Расчет среднеобъемной температуры проводится на ЭВМ СМ-4 по программам, разработанным с использованием данной методики.

В результате машинного расчета определяются:
среднеповерхностная температура волновода в зоне ферритового вкладыша;
среднеповерхностная температура волновода в тракте;
среднеобъемный перегрев ферритового вкладыша;
температурное поле вкладыша в перегревах.

Среднеобъемная температура ферритового вкладыша определяется как сумма среднеповерхностной температуры волновода в зоне вкладыша и среднеобъемного перегрева ферритового вкладыша. Максимальный перепад температуры по ферритовому вкладышу от центра к прилегающей стенке волновода при воздействии на вход прибора СВЧ-сигнала с высоким (требуемым) значением уровня средней мощности не должен превышать 10 град. что обеспечивает требуемую точность и достоверность измерений.

Затем проводят испытания ферритового фазовращателя при подаче на его вход СВЧ-сигнала с пониженным значением уровня СВЧ-мощности, т.е. прибор подключают к стандартной измерительной аппаратуре (типа ФК2-14, ФК2-18 со средней мощностью не более 1-3Вт) и помещают исследуемый фазовращатель в термокамеру, причем температуру в термокамере устанавливают равной среднеобъемной температуре ферритового вкладыша.

При подаче на вход фазовращателя СВЧ-сигнала с высоким уровнем средней мощности происходит разогрев ферритового вкладыша, приводящий к уменьшению остаточной намагниченности феррита и, как следствие, к уменьшению управляемого фазового сдвига. Указанные зависимости представлены на фиг.2. Следует отметить, что работа фазовращателя рассматривается в линейном режиме, т.е. при отсутствии нелинейных явлений (отсутствие нелинейного роста потерь при увеличении падающей мощности).

В таблице представлены величины среднеобъемных температур, максимальные перепады температур по сечению вкладыша, полученные при воздействии на вход прибора СВЧ-сигналов с высоким значением уровня средней мощности, погрешности измерения управляемого сдвига фазы от номера команды управления при воздействии СВЧ-сигнала с высоким уровнем СВЧ-мощности и при использовании предложенного способа измерений.

Достоверность предложенного способа оценивается сравнением зависимостей управляемого сдвига фазы от номера команды управления при воздействии на вход фазовращателя СВЧ-сигнала с высоким значением уровня средней мощности и испытаниях, проведенных предложенным способом. Такие графики приведены на фиг.3, 4, 5. При сравнении результатов измерений, приведенных в таблице и на фиг. 3, 4, 5, ошибка измерения управляемого сдвига фазы от номера команды управления при воздействии высокого уровня мощности и при измерении предложенным способом не превышает 3% при максимальном перепаде по сечению ферритового вкладыша не более 10%
П р и м е р. Метод использовался при исследовании невзаимного ферритового фазовращателя, разработанного на нашем предприятии, в процессе выполнения НИР.

На вход фазовращателя, собранного с использованием материала 10СЧ20, регулярная часть которого представлена на фиг.1, а размеры феррита, волновода и клеевого слоя на стр.8, подавалась средняя мощность Р_ср 300 Вт, среднеповерхностная температура волновода в зоне вкладыша 35^оС, среднеобъемный перегрев ферритового вкладыша 5^оС. Таким образом, среднеобъемная температура при этом режиме из расчета, приведенного на стр.8, равна 40^оС. На фиг.3 представлены зависимости управляемого сдвига фазы в реальном режиме воздействия на вход прибора Р_ср 300 Вт и эквивалентном режиме при пониженной мощности и разогреве вкладыша до 40^оС.

Преимущество предложенного способа испытаний ферритовых фазовращателей заключается в следующем:
позволяет использовать стандартную измерительную аппаратуру типа ФК2-18, ФК2-14, что полностью устраняет недостатки, присущие прототипу, такие как: зависимость степени умножения от потерь; возможность резонансных явлений; неравномерное распределение напряжения вдоль линии.

Изобретение относится к технике СВЧ. Суть изобретения состоит в том, что при испытании партии ферритовых фазовращателей (ФВ) на фазовый сдвиг подаваемая на вход прибора СВЧ-мощность многократно уменьшена, при этом тепловой нагрев ферритового вкладыша ФВ от СВЧ-сигнала заменен нагревом ФВ от стороннего источника тепла до эквивалентной температуры, определяемой экспериментально расчетным путем для одного ФВ. 5 ил.

СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ФЕРРИТОВЫХ ФАЗОВРАЩАТЕЛЕЙ при помощи подачи на их вход СВЧ сигнала, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, фазовращатель нагревают до среднеобъемной температуры ферритового вкладыша, которую предварительно определяют для одного из них при рабочем уровне мощности, а величину СВЧ сигнала выбирают равной 0,001% от уровня рабочей мощности.