СПОСОБ НАСТРОЙКИ ВОЛНОВОДНОГО ТРЕХПЛЕЧЕГО ФЕРРИТОВОГО ЦИРКУЛЯТОРА С СОГЛАСУЮЩИМ ТРАНСФОРМАТОРОМ Советский патент 1997 года по МПК H01P1/38 

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для использования при создании развязывающих устройств на основе волноводных трехплечих ферритовых циркуляторов и является усовершенствованием изобретения по авт.св. N 1549427.

Способ настройки волноводного трехплечего ферритового циркулятора с согласующим трансформатором по авт.св. N 1549427 заключается в следующем: на широкую стенку каждого плеча и на торец согласующего трансформатора посередине каждого плеча устанавливают подстрочные элементы, выставляют внешнее магнитное поле циркуляции и на каждое плечо поочередно подают единичный СВЧ-сигнал, согласовывают каждое из плеч перемещением вдоль него подстроечного элемента, расположенного на широкой стенке данного плеча, совершают подстройку каждого плеча перемещением вдоль него подстроечного элемента, установленного на торце согласующего трансформатора.

Известный способ настройки позволяет осуществить настройку волноводных широкополосных ферритовых циркуляторов в 20%-ной полосе частот и по уровню значений величины обратных потерь 20 23 дБ в сантиметровом диапазоне и нижней части миллиметрового диапазона. Однако уровень современных требований к волноводным трехплечим широкополосным ферритовым циркуляторам сантиметрового и миллиметрового диапазона предполагает более высокие технико-экономические показатели циркуляторов. В частности, более высокие требования по уровню величины обратных потерь (развязок между каналами).

Недостатком известного способа настройки является практическая невозможность его применения для настройки волноводных трехплечих ферритовых циркуляторов с согласующим трансформатором в миллиметровом диапазоне при уровнях развязок между плечами 25 дБ и более. В миллиметровом диапазоне реальное изменение параметров ферритового материала, отклонение геометрических размеров согласующего трансформатора, ферритодиэлектрического вкладыша и волноводного разветвления существенно влияют на выполнение условий циркуляции (поворот на требуемый угол лево- и правополяризованных собственных возбуждений при наличии подмагничивающего поля). Для достижения развязок не менее 25 дБ требования к выполнению условий циркуляции значительно возрастают, поэтому известный способ возрастают, поэтому известный способ настройки не позволяет обеспечить согласование, величину развязок и форму измеряемых характеристик по трем каналам из-за наличия реактивности, вносимых реальными допусками на изготовление циркулятора и электромагнитными параметрами ферритового материал. Не обеспечивается необходимый уровень выхода годных приборов.

Целью изобретения является компенсация фазовых ошибок и коррекция амплитудных значений собственных возбуждения, повышение за счет этого выхода годных и обеспечение настройки при уровне развязок 25 дБ и более в 20%-ной полосе частот.

Достижение цели обеспечивается тем, что в способе настройки волноводного трехплечего ферритового циркулятора с согласующим трансформатором, заключающемся в том, что предварительно на широкую стенку каждого плеча и на торец согласующего трансформатора посередине каждого плеча устанавливают подстроечные элементы, выставляют внешнее магнитное поле и поочередно подают в каждое плечо единичный СВЧ-сигнал, согласовывают каждое из плеч перемещением вдоль него подстроечного элемента, расположенного на широкой стенке, осуществляют подстройку каждого плеча до получения требуемой формы частотной характеристики обратных потерь перемещением вдоль него подстроечного элемента, установленного на торце согласующего трансформатора, устанавливают на широкой стенке каждого плеча циркулятора между подстроечным элементом и входным фланцем дополнительный подстроечный элемент и перед подстройкой каждого плеча перемещением подстроечного элемента, установленного на торце согласующего трансформатора перемещают дополнительный подстроеный элемент вдоль оси, каждого плеча при неизменном положении подстроечных элементов в двух других плечах до элементов в двух других плечах до получения заданного уровня величины обратных потерь.

Положительный эффект заявленного способа заключается в том, что обеспечивается настройка широкополосных волноводных циркуляторов (с шириной полосы рабочих частот 20%) с требованиями к обратным потерям 25 дБ и более 100%-ным выходом годных.

На чертеже схематично изображен широкополосный волноводный ферритовый циркулятор миллиметрового диапазона, иллюстрирующий предлагаемый и известный способы настройки.

Широкополосный ферритовый циркулятор содержит корпус 1, согласующий трансформатор 2, ферритодиэлектрический вкладыш 3, крышку 4 прибора. Позицией 5 отмечено расположение подстроечных элементов, устанавливаемых в каналах 6, а позицией 7 на согласующий трансформатор согласно известному и заявленному способам. Позицией 08 отмечены дополнительные подстроечные элементы, устанавливаемые в плечи каналов 6 на расстоянии четверть длины волны от элементов 5. Цифрами I, II и III обозначены номера каналов циркулятора. Направление внешнего магнитного поля параллельно оси ферритодиэлектрического вкладыша. В центре трансформатора 2 выполнено углубление и зеркально в крышке 4, с диаметром, равным диаметру ферритодиэлектрического вкладыша, что позволяет с высокой точностью устанавливать ферритодиэлектрический вкладыш 3 по отношению к геометрическому центру разветвления корпуса 1.

Точность установки ферритодиэлектрического вкладыша в центре согласующего трансформатора ±0,02, а согласующего трансформатора в центре разветвления ±0,03 мм.

Подстроечные элементы 5, 7, 8 имели форму дисков из латуни, покрытой серебром. Размеры дисков: диаметр 2,5 и 1,3 мм, толщина 0,3 и 0,2 мм.

Предлагаемый способ настройки осуществляют следующим образом.

Устанавливают подстроечные элементы посередине каждого плеча на торце трансформатора и на широкую стенку каждого плеча, перемещают подстроечный элемент в одной из плеч вдоль него, после каждого изменения местоположения прилагают внешнее магнитное поле и подают в плечо единичные импульсы СВЧ. Местоположение изменяют до тех пор, пока не установится минимальное значение коэффициента стоячей воды на напряжение со стороны плеча. Аналогично повторяют процесс согласования со стороны последующих плеч, добиваясь в них минимальных значений КСВн. После этого устанавливают в каждое плечо на широкую стенку еще по одному дополнительному подстроечному элементу. Снова изменяют местоположение, теперь уже дополнительного подстроечного элемента в одном из плеч при неизменном расположении других в соседних плечах и после каждого изменения местоположения подстроечного элемента прилагают внешнее магнитное поле и подают а плечо единичные импульсы СВЧ. Аналогично повторяют подстройку для других пар плеч. Определяют местоположения подстроечных элементов, при которых обратные потери между плечами соответствуют некоторому заданному уровню обратных потерь, близких к требуемому. Затем поочередным перемещением подстроечных элементов, расположенных на торце согласующего трансформатора при приложенном внешнем магнитном поле добиваются установленной величины обратных потерь между парами плеч и требуемой формы характеристики обратных потерь.

Пример. Осуществляли настройку волноводного трехплечего У-циркулятора на металлическом волноводе с сечением 7,2 х 3,4 мм. Посередине каждого плеча на трансформаторе и на широкую стенку каждого из плеч устанавливали подстроечные элементы, которые имели те же геометрические размеры, что и при осуществлении способа-прототипа. Осуществляли настройку той же самой партии приборов как и в способе-прототипе. Подстроечные элементы, расположенные на широких стенках каналов, перемещали вдоль осей каналов, осуществляя при каждом цикле перемещения сборку циркулятора, подключение нагрузки, включение внешнего магнитного поля, подачу единичного импульса СВЧ, измерение КСВн, разборку циркулятора и повторное перемещение. Согласование осуществляли до минимального уровня КСВн. Аналогично осуществляли согласование двух других плеч циркулятора. Величина внешнего магнитного поля соответствовала величине при проведении испытаний способа-прототипа. Одновременно с согласованием осуществляли измерение обратных потерь между каналами. Результаты испытаний партии циркуляторов до согласования представлены в табл. 1, а после согласования в табл. 2.

В каждое плечо на широкую стенку волновода от соответствующего подстроечного элемента, расположенного на широкой стенке, устанавливали дополнительный подстроечный элемент, геометрические размеры и материалы которого идентичны подстроечным элементам уже установленным в плечах и на трансформаторе. Величины КСВн и обратных потерь, измеренные при введении дополнительных подстроечных элементов при подаче внешнего магнитного поля и единичных импульсов представлены в табл. 3.

Перемещали поочередно дополнительные подстроечные элементы вдоль осей каналов и при приложенном внешнем магнитном поле, подавая единичные импульсы СВЧ и создавая поочередную циркуляцию энергии в каждое плечо при каждом цикле перемещения, добиваясь достижения заданного уровня обратных потерь между плечами не менее 25 дБ. Фиксировали местоположения дополнительных подстроечных элементов в каналах. Поочередно перемещали вдоль осей канала подстроечные элементы, расположенные на торце согласующего трансформатора, добиваясь требуемой величины и формы характеристики обратных потерь. Результаты измерения КСВн и обратных потерь приведены в табл. 4.

Среднее время настройки составило 0,75 ч. на один прибор.

Использование: при создании развязывающих устройств на основе волноводных трехплечих ферритовых циркуляторов. Сущность изобретения: на широкую стенку каждого плеча ферритового волноводного трехплечего циркулятора и на торец согласующего трансформатора посередине каждого плеча устанавливают подстроечные элементы. При внешнем магнитном поле на каждое плечо поочередно подают единичный СВЧ-сигнал, согласовывают его продольным перемещением подстроечного элемента, а затем перемещают дополнительный подстроечный элемент при неизменном расположении подстроечных элементов в других плечах. Поочередным перемещением подстроечных элементов, расположенных на торце согласующего трансформатора, при приложенном внешнем магнитном поле, устанавливают требуемые величины обратных потерь.

Способ настройки волноводного трехплечевого ферритового циркулятора с согласующим трансформатором по авт. св. N 1549427, отличающийся тем, что, с целью компенсации фазовых ошибок и коррекции амплитудных значений собственных возбуждений, устанавливают на широкой стенке каждого плеча циркулятора между подстроечным элементом и выходным фланцем дополнительный подстроечный элемент и перед подстройкой каждого плеча перемещением подстроечного элемента, установленного на торце согласущего трансформатора, перемещают дополнительный подстроечный элемент вдоль оси каждого плеча при неизмененном положении подстроечных элементов в двух других плечах до получения заданного уровня величины обратных потерь.