Фазовращатель Советский патент 1993 года по МПК H01P1/185 

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано в системах радиолокации и связи, а также в составе ФАР для фазовой обработки и поляризационного преобразования сигналов высокого уровня мощности.

Целью изобретения является увеличение передаваемой мощности при сохранении рабочей полосы частот.

Конструкция фазовращателя СВЧ показана на чертеже.

Фазоврэщатель СВЧ содержит диэлектрическую подложку 1, помещенную в волновод 2 (прямоугольный или круглый).

Металлическая пластина 3, расположенная на диэлектрической подложке 1, соединена с одной стороной волновода.

На подложке 1 дополнительно введены управляющие полоски 4, имеющие эллипсовидную форму и отделенные от металлической пластины З зазорами. Регулирующие диоды 5 включены между каждой управляющей полоской 4 и металлической пластиной 3.

Фазовращатель СВЧ работает следующим образом. Рассмотрим прохождение волны Ни с вертикальной (по оси Y) поляризацией в волноводе. Коэффициент распространения для этой составляющей будет иметь значение у - ее. + j f. зависящий от состояния регулирующих диодов. Приращение А/5 . т.е. возрастание фазового сдвига, наблюдается при увеличении проводимости регулирующих диодов. В

00

О

о

ND

Ч

со

данном случае управляющие полоски оказываются соединенными с металлической пластиной в точках включения диодов через их проводимости. Благодаря протяженности управляющих полосок вдоль оси Z и наличию распределенной электромагнитной связи их с металлической пласти- ной, дейстйй ё сбсредйточё н н ых неоднородностёй регулирующих диодов в широкой полосе частот на структуру электрического поля в волноводе оказывается отличным оттого, какое наблюдается при включении, например, диодов между широкими стенками полновода через замыкающие штыри, диафрагмы и т.п. В частности, наличие управляющих полосок при увеличении сосредоточенных прово- димостёй регулирующих диодов приводит к вытеснению электрического поля из за-; зоров между управляющими полосками и металлической пластиной и изменению его структуры из-за фактического изменения.граничных условий на кромках управляю щих п р л 0 с о к и м ет а л ли ч ее к о и пластины. Возрастание коэффициента фазы / при возрастании проводимо стей гулирующих диодов объясняется по меньшей мере двумя причинами: ум,ень шением эффективного диаметра врлновб да для вертикально (по У) поляризованной волны; перекачкой части мощности бегущей волны типа Ни в волны квазм-Т, распространяющиеся в рассматриваемой

. волноводно-полосковой структуре. Первый из названных факторов достаточно хо- рошо известен в. теории волноводо;в, поэтому мы -не будем его подробно рассматривать. Остановимся на втором явлении. Наличие металлической пластины и управляющих полосок, размеры которых в направлении оси Y намного меньше диаметра волновода D, приводит к возбуждению в них волн, близких по структуре к/ Т-волнам. Их нормальные составляющие имеют по крайней мере два разных коэффициента распространения уе и уь . т.к;

: диэлектрик неоднороден в поперечном сеЧеЙИ И. :-::-/;:.::: ;. . . - .- -:- : : т ;. V: -:. . О У. :

. Синфазная волна с коэффициентом распространения уе имеет меньшую фазовую скорость, чем противофазная у0. При увеличении проводимости диодов происходит переход к режиму преимущественно синфазному. Следовательно, квази-Т волна, преобразованная из части мощности волны Ни.,.при увеличении проводимости диодов также замедлится.

Для экспериментальной проверки были .изготовлены и испытаны два макета:

один - на круглом, второй - на прямоугольном волноводах. Для каждого макета на фольгарованной фторопластовой подложке толщиной 1,5 мм была сформирована пла- стина, а также двенадцать управляющих полосок длиной 4 мм, шириной 0,8 мм каждая. Между пластиной и-управляющими полосками монтировались кремниевые p-i-n-ди- оды 2А 546А-5. Испытания проводились в 3-см диапазоне;длин волн, Фазовр ащатели обеспечивали управляемый фазовый сдвиг более 40 град в полосе рабочих частот более .30%, При передаче СВЧ-сигналов высокой мощности нарушений, работоспособности макетов как в состояний/ммнимального, так и в состоянии максимальн.ого фазового сдвигов не наблюдалось. Подавались СВЧ- импульсы, имеющие при длительности.3,5 мкс пиковую мощность 9 кВт. ......;CS . Эффект изменения фазовой скорости в- волново днр-планарной структ уре.фазовра-. .щателяСВЧ, таким образом, обусловлен не

.только включением -сосредоточенных про-. водимостей регулирующих диодов., перио-. дически нагружающих волновод, но ,м.

распределенным по координате. Z дёйст в и-.: ем управляющих/полосок в совокупности.с пр о в бдймостями регулирующих диодов...

Распределенность структуры по Z при нали-чип перекачки мощности волны Ни в кв ази- Т и наоборот характеризуется большой, широкополосностью, Одновременно.с этим, в силу сохранения согласования секций вол- .повода в сечениях и.сглаживания влияния

сосредоточенных неоднйродностей регули-; рующих диодов упрабляющими полосками;

в волноведущёй структуре фазовращателя .не образуется локализованных перенапряжений электрического поля, обусловленных.

внутренними переотражениями, За счёт

повышается электрич.еская.прочнрсть:.

Таким.образом, в сравнении с прототипом

. заявляемое решение позволяет при сохранении .полосы рабочих частот увеличить пе- редавземую СВЧ-мощность.; : - ;. .;

Ф о р м. у л а из о б р е т е н и я

1. Фазовращатель, содержащий отре- зок волновода, вдоль продольной оси ко-, торого установлена диэлектрическая пластина с металлической полоской, которая соединена одной боковой кромкой со стенкой волновода, а к другой кромке под- .к лючены первыми электродами п регулирующих диодов, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения передаваемой мощности при сохранении полосы рабочих частот/ введено ri плоских проводников, каждый из которых выполнен длиной не

более А/4, расположен на диэлектрической пластине параллельно металлической полоске, электромагнитно связан с ней и соединен с другим электродом соответствующего регулирующего диода. гдеп. 1,2,3..., А- рабочая длина волны.

2. Фазовращатель по п.1. от л и ч а ю - щ и и с я тем, что отрезок волновода выполнен с прямоугольным поперечным сечением. , . . .

3. Фазовращатель по п.1, о т л и ч а ю - щи и с я тем, что отрезок волновода выполнен с круглым поперечным сечением.

Использование: в системах радиолокации и связи для фазовой обработки и поляризационного преобразования сигналов высокого уровня мощности. Сущность изобретения: устройство содержит отрезок прямоугольного или круглого волновода, вдоль продольной оси которого установлена диэлектрическая пластина с нанесенной на ее поверхность металлической полоской, которая соединена одной боковой крЬмкой со стенкой волновода. Параллельно металлической полоске на диэлектрической пластине нанесены плоские проводники, длина каждого из которых не более Я /4. Плоские проводники связаны с металлической полоской электромагнитной связью, а также через включенные между ними регулирующие диоды. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.