Волноводный ферритовый фазовращатель Советский патент 1993 года по МПК H01P1/19 

Изобретение относится к СВЧ-технике, в частности к конструкциям волноводных ферритовых фазовращателей, используемых, например, в волноводных трактах и фазированных антенных решетках.

В технике СВЧ широко применяются волноводные ферритовые фазовращатели с продольным полем подмагничивания, в которых используется эффект Фарадея. Известен, например, волноводный ферритовый фазовращатель, построенный на основе металлизированного ферритового стержня. Функции волновода в этом фазовращателе выполняет тонкий слой металла, нанесённый на боковую поверхность стержня. Про- дольное магнитное поле в стержне создается электромагнитной обмоткой, размещенной на стержне, а магнитная память устройства обеспечивается ферритовыми скобами.

Недостатками известной конструкции волноводного ферритового фазовращателя является низкое быстродействие и высокая

энергия управления, обусловленные возникновением в стенках волновода вихревых токов при импульсном намагничивании ферритового стержня.

Известны также волноводные ферритовые фазовращатели, свободные от указанного выше недостатка. Они выполняются на основе открытых ферритовых структур или с использованием внутриволновой системы продольного намагничивания ферритового стержня. В частности, известна конструкция волноводного ферритового фазовращателя, выбранная в качестве прототипа. Фазовращатель содержит входной и выходной волноводы, цилиндрический ферритовый стержень, ферритовые скобы, примыкающие башмаками к граням ферритового стержня, и электромагнитную обмотку, размещенную на стержне между башмаками ферритовых скоб.

Недостатком известной конструкции является высокий уровень СВЧ-потерь, вносимых фазовращателем вследствие излучи(Л

С

VI 00 О СП

4 ЧЭ

ния СВЧ-энергии. Излучение имеет место на стыке открытого ферритового стержня и волновода. Кроме того, имеет место рассеяние поверхностной электромагнитной волны, направляемой открытым ферритовым стержнем, на ферритовых скобах и на электромагнитной обмотке.

Целью изобретения является снижение уровня вносимых фазовращателем потерь за счет уменьшения излучения СВЧ-энергии. Указанная цеЛь Достигается тем, что в волноводном феррйтовШ фазовращателе, содержащем аксиально расположенные отрезки входного и выходного волноводов, ферритовый стержень квадратного сечения, к граням которого башмаками примыкают ферритовые скобы, и электромагнитную обмотку, которая размещена на феррмтовом стержне между башмаками ферритовых скоб; между каждой гранью стержня и обмоткой размещена введенная диэлектриче- ская пластина, диэлектрическая проницаемость еп и толщина д которой выбраны равными 2,5 и 0,1А соответственно, где А-рабочая длина волны.

При размещении между гранями ферритового стержня и электромагнитной обмоткой диэлектрических пластин с выбранными диэлектрическими проницае- мостями и толщинами уменьшается концентрация электромагнитного поля в области электромагнитной обмотки и ферритовых скоб. При этом уменьшается рассеяние СВЧ-энергии на электромагнитной обмотке и скобах и, следовательно, снижается уровень вносимых фазовращателем потерь.

Сопоставление с прототипом показывает, что заявленный волноводный ферритовый фазовращатель отличается тем, что между каждой гранью стрежня и обмоткой размещена диэлектрическая пластина, диэлектрические проницаемости ЕП и толщина д которой выбраны равными 2,5 и 0,1А соответственно, где А- рабочая длина волны.

Пример практической реализации изобретения представлен на чертеже.

Волноводный ферритовый фазовращатель содержит аксиально расположенные входной 1 и выходной 2 волноводы, ферритовый стержень 3 квадратного сечения, четыре ферритовые скобы 4, электромагнитную обмотку 5, а также диэлектрические пластины б со скобами 7 на концах/Части боковой поверхности ферритового стержня 3 от концов стержня 3 до пластин б вместе со скобами 7 пластин б металлизированы, причем металлизированная поверхность 8 ферритового стержня 3 примыкает к входному и выходному волноводам. Диэлектрические проницаемости материалов ферритового стрежня 3 и диэлектрических пластин б, а также размеры их поперечных сечений выбираются из условия обеспечения максимальной концентрации энергии низшей поверхностной волны при условии обеспечения одноволнового режима работы замедляющей структуры в виде сооснО расположенных открытого ферритовогб стержня с диэлектрическими пластинами и электромагнитной обмотки.

Устройство работает следующим образом. , :, ;. , ; - .;: - ;,....

При протекании в электромагнитной обмотке 5 управляющего трка в фёрритовом стержне 3 создается продольное магнитное поле, пОд действием которого изменяется магнитная проницаемость материала стержня, а следовательно и скорость распространения в ,нем поверхностной электромагнитной волны.

При распространении в возбуждающем волноводе 1 и в части ферритового стержня 3 с металлизированной боковой поверхностью низшей несимметричной круглополя- ризованной волны в области скосов 7 пластин 6 происходит ее преобразование в низшую поверхностную волну открытого ферритового стержня. При этом излучение

СВЧ-энергии на стыке открытой и экранированной ферритовых структур, а также ее рассеяние на электромагнитной обмотке и ферритовых скобах - минимально. При распространении электромагнитной волны

вдоль продольно намагниченного электромагнитной обмоткой 5 участка ферритоаого стержня она приобретает дифференциальный фазовый сдвиг, величина которого определяется параметрами фазовращателя и

управляющего сигнала. На противоположном конце фазовращателя в области скосов 7 пластин б происходит обратное преобразование поверхностной волны открытого ферритового стержня в низшую несимметричную волну, распространяющуюся в части ферритового стержня 3 с металлизированной боковой поверхностью И в возбуждающем волноводе 2, Таким образом, на выходе фазовращателя образуется электромагнитная волна, получившая требуемый фазовый сдвиг.

Ферритовые скобы, примыкающие башмаками к металлизированной поверх- ности ферритового стержня, образуют вме- сте со стержнем замкнутую магнитную цепь в системе управления фазовращателем, вследствие этого обеспечивается магнитная память фазовращателя и снижается энергия управления устройством,

Источниками СВЧ-потерь, характерными для фазовращателей с магнитной памятью, выполненных на основе открытых фёррйтовых структур, является рассеяние СВЧ-энергии на фёррйтовых скобах, при- мыкающих башмаками к граням ферритового .стержня, излучение СВЧ-энергии на переходе от экранированной волноведущей структуры к открытой, рассеяние СВЧ-энергии на электромагнитной обмотке и затуха- ние электромагнитной волны в открытой волноведущей структуре, включающей в себя ферритовый стержень, электромагнитную обмотку и ферритовые скобы Влияние башмаков фёррйтовых скоб устранено их размещением на металлизированной поверхности ферритового стержня. Излучение СВЧ-энергии со стыка металлизированного и открытого ферритового стержня уменьшено введением скосов диэлектрических пла- стин, металлизированых вместе с боковой поверхностью концов стержня. Влияние электромагнитной обмотки и скоб ослаблено введением диэлектрических, пластин. Таким образом, обеспечено снижение вносимых фазовращателем СВЧ-потерь, которые определяются, в основном, затуханием поверхностной волны в направляющей структуре.

Формула изобретения Волноводный ферритовый фазовраща- тель, содержащий аксиально расположенные отрезки входного и выходного волноводов ферритовый стержень квадратного сечения между ними, к граням которого башмаками примыкают ферритовые скобы, и электромагнитную обмотку, которая размещена на ферритовом стержне между башмаками фёррйтовых скоб, отличаю щи й- с я тем, что, с целью снижения уровня вносимых потерь за счет снижения излучения, между каждой гранью ферритового стержня и электромагнитной обмоткой размещены введенные диэлектрические пластины, которые выполнены со скосами на концах, при этом скосы диэлектрических пластин и части граней ферритового стержня от его концов до диэлектрических пластин выполнены металлизированними, а диэлектрические проницаемости Ј толщины б диэлектрических пластин и длины г скосов выбраны равными: Е 2,5, д 0,1, т 0,5 AI, где А- рабочая длина волны, AI - длина поверхностной волны.

Использование: изобретение относится к технике СВЧ, в частности к конструкциям волноводных ферритовых фазовращателей, используемых, например, в волноводных трактах и фазированных антенных решетках. Сущность изобретения: в волноводном ферритовом фазовращателе, содержащем аксиально расположенные отрезки входного и выходного волноводов, ферритовый стержень квадратного сечения, к граням которого башмаками примыкают ферритовые скобы, и электромагнитную обмотку, которая размещена на ферритовом стрежне между башмаками ферритовых скоб, для снижения уровня вносимых потерь между каждой гранью стрежня и обмоткой размещена введенная диэлектрическая пластина, диэлектрическая проницаемость Еп и толщина д которой выбраны равными 2,5 и 0,1 соответственно, где Я - рабочая длина волны. 1 ил.