Квазиоптический фазовращатель

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 Р 1/18, 1/19

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с (, 3 (л)

Ф 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4878612/19 (22) 26.10.90 (46) 15.09.92. Бюл. № 34 (71) Институт радиофизики и электроники

АН УССР (72) Б.Н.Князьков, В.Н.Полупанов и М.С.Яновский (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1405658, кл. Н 01 P 3/20, 1986.

Авторское свидетельство СССР

¹ 439866, кл. Н 01 P 1/18, 1971. (54) КВАЗИОПТИЧЕСКИЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ (57) Использование: радиотехника сверхвысоких частот, обеспечение линейного непрерывного сдвига фазы в квазиоптическом тракте, Сущность изобретения: устройство

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 сдвигателей частоты для обеспечения непрерывного, линейного во времени сдвига фазы на выходе или, другими словами, сдвига частоты, Известен поляризационный квазиоптический фазовращатель, содержащий две четвертьволновые фазосдвигающие секции

„„5U„„1762347А1 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 второй 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. 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. Ис1762347 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 фазосдвигающей 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 фазосдвигающей секции двугранный 90 -уголковый 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 фазовращателя 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

55 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 первое разветвление лучеводов, выполненное

Т-образным и снабженное первой проволочной решеткой, установленной в диагональной плоскости разветвления, два смежных плеча которого являются входным 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 установленным в его первом плече с воэможностью вращения относительно оси лучевода двугранным металлическим уголковым отражателем, а во втором плече, расположенном по оси входного плеча, установлен плоский отражатель, второе разветвление лучеводов выполнено крестообразным, и перед размещенным перпендикулярно оси лучевода плоским отражателем установлен намагниченный ферритовый диск с диэлектрической пластиной, в третьем плече второго разветвления установлен с возможностью перемещения в доль оси лучевода двугранныР уголковый отражатель, ребро которого образует угол 45 с азимутальной плоскостьк второй проволочной решетки.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Фазовращатель содержит первое раз ветвление лучеводов 10, выполненное T-об. разным и снабженное первой проволочно решеткой 11, установленной в его диагональной плоскости, Два смежных плеча это го разветвления 1 и 2 являются входным v выходным, а к третьему присоединено вто рое, четырехплечее, разветвление лучево дов 3 с установленной в его диагонально плоскости второй проволочный решеткой 4 повернутой относительно первой проволоч ной решетки 11 на угол 45 . В первом плеч четырехплечего разветвления лучеводов . установлен с возможностью вращения от носительно оси лучевода двугранный ме таллический уголковый отражатель 8 снабженный шкалой 9, а во втором плече 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

1762347

55 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; E1 u Ez — векторы электрического поля электромагнитной волны на входе и выходе устройства.

Квазиоптический фазовращатель работает следующим образом. В плечо 1 фазовращателя поступает линейно поляризованная волна Е1, электрический вектор которой перпендикулярен проволокам решетки 11. Это волна основного вида ЕН» полого диэлектрического либо металло-диэлектрического 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

Е1-4-5 и Е1-4-7, 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 подуглом 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 ферритовый 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

Е1-4-7 равен 45О, После отражения от плоского отражателя 7 волна Е1-4-7-4 в ферритовом диске 6 испытывает еще раз поворот плоскости поляризации на угол 45 и поэтому поступает на решетку 4 с поляризацией, ортогональной Е1-4-7, 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 участков4-5и4-7, равнойA/8, где ).— 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 Л /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 угол1/ вызывает сдвиг фазы отраженной волны на угол 2 s/) и, следовательно, равномерное его вращение с частотой Q вызывает сдвиг частоты отраженного сигнала на 2 Q,Отраженная отражателем 8 волна Е4-8-4 также поляризована по кругу, но ее вектор вращается в противоположную сторону по отношению к направлению вращения вектора поляризации волны Е4-s. Это эквивалентно введению для одной из ортогональных составляющих волны Е4-s-4 сдвига фазы 180 (л./2) по отношению к другой составляющей, На решетке 4 волна Es-4 разделяется на две равные по амплитуде линейно поляризованные составляющие Е8-4-5 и Ня-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 Е4-», являющейся суммой двух составляющих

Es-4-5-4, отразившейся от решетки 4, и Е8-4-7-4, прошедшей через эту решетку, составляет угол 90 с азимутом поляризации волны Е1-4.

Поэтому волна Е4-» отражается решеткой

11 и поступает на выход 2 фазовращателя в виде волны Ez.

Таким образом, без учета диссипативных потерь в лучеводах и ферритовом диске, вся энергия входной электромагнитной вол- . ны Е1 преобразуется в энергию волны Е2, регулируемой по фазе лиоо сдвинутой по частоте.

Формула изобретения

Квазиоптический фазовращатель, содержащий первое разветвление лучеводов, выполненное Т-образным и снабженное первой проволочной реш 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, повер1762347 î

Составитель М.Яновский

Техред М.Моргентал Корректор О.Густи

Редактор А.Бер

Заказ 3262 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 о нутой относительно первой наугол45 и с установленным 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 отражатель, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения потерь сигнала, второе разветвление лучеводов выполнено крестообразным и перед размещенным перпендикулярно оси лучевода плоским отражателем установлен намагниченный ферритовый диск с диэлектрической пластиной, в третьем плече

5 второго разветвителя установлен с возможностью перемещения вдоль оси лучевода двугранный уголковый отражатель, ребро которого образует угол 45 с азимутальной плоскостью второй проволочной

10 решетки.