Фазовращатель свч

 

Использование: радиотехника СВЧ. Сущность изобретения: к одному из плеч циркулятора подключен короткозамкнутый отрезок волновода с установленной в нем диафрагмой. В диафрагме выполнена щелевая короткозамкнутая на обоих концах линия , .состоящая из двух последовательно соединенных высокромного и низкоомного участков. Варактор включен параллельно в низкоомный участок на расстоянии I от его короткозэмкнутого конца, выбираемого из соотношения со С - I/Z ctg ft) 0, где ti) - круговая частота, С - емкость варакторного диода, Z - волновое сопротивление низкоомного участка щелевой линии, Уф - фазовая скорость волны в щелевой линии. Ширина высокоомного участка соизмерима с четвертью длины волны, ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 01 P 1/18

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ (Л

С: (21) 4849204/09 (22)07.06.90 (46) 23,01,93. Бюл. М 3 (71) Научно-исследовательский электромеханический институт (72) Ь.А.Фурлендер, К.Д.Федотов и П.Ф.Кутин (73) Научно-исследовательскитй электромеханический институт (56) Боголюбов В,Н. и др. Управляемые ферритовые устройства СВЧ. - M.: Coe, радио, 1972, с, 19 — 27, Хелзайн Д. Пассивные и активные цепи

СВЧ. - M,. Радио и связь, 1981, с. 141 — 142. (54) ЭЛЕКТРОННЫЙ ФАЗОВРАЩАТЕЛЬ (57) Использование: радиотехника СВЧ, Сущность изобретения; к одному из плеч

Изобретение относится,к области радиотехники, в частности, к волноводам-фазовращателям с использованием диодов.

Известен электронный фазовращатель, изменение фазового сдвига в котором осуществляется путем изменения магнитной проницаемости ферритовой среды, заполняющей волновод, с помощью воздействия на феррит регулируемого внешнего магнитНОГО ПОЛЯ, Недостатком этого устройства является низкое быстродействие и необходимость приложения значительного уровня мощности для осуществления управления фазовращателя, Другим аналогом заявляемого устройства является фазовращатель, выполненный на полевых транзисторах Шоттки. В таком фазовращателе изменение фазового сдвига осуществляется путем слОжения на выходе

„., Я2„„1790793 АЗ циркулятора подключен короткозамкнутый отрезок волновода с установленной в нем диафрагмой. В диафрагме выполнена щелевая короткозамкнутая на обоих концах линия, .состоящая иэ двух последовательно соединенных высокоомного и низкоомного участков. Варактор включен параллельно в низкоомный участок на расстоянии 1 от его короткозамкнутого конца, выбираемого из соотношения в С вЂ” !/7 ctg в / /ф = О, где в — круговая частота, С вЂ” емкость варакторного диода, Z — волновое сопротивление низкоомного участка щелевой линии, Чф— фазовая скорость волны в щелевой линии.

Ширина высокоомного участка соизмерима с четвертью длины волны, 1 ил. фазовращателя комбинации ортогональных векторов, меняя амплитуду котрых получаем результирующий вектор с требуемым фазовым сдвигом. Недостатком этого устройства является большой уровень вносимых собственных шумов фаэовращателя в связи с наличием активных усилителей и их источников питания. О

Наиболее близким по функциональному (,к) назначению и технической сущности (прототипом) является фазовращатель, содержащий ферритовый циркулятор с подключенным к одному из его плеч варактором и четвертьволновым эакороченным отрезком.

Недостатком прототипа можно считать его низкую фазовую крутизну по управляющему напряжению и связанную с этим плохую выходную характеристику фазовращателя, 1790793

Целью изобретения является повышеIIL1|. крутизны изменения фазы, Поставленная цель достигается тем, что в фэзовращатель СВЧ, содержащий циркулятор, к первому плечу которого подключен короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода, в котором установлен вэрактор, управляемый напряжением, в псперечном сечении отрезка прямоугольного волновода установлена введенная диафрагма, в которой выполнена короткоэамкнутая на обоих концах щелевая линия, вКлВчающая последовательно соединенные низкоомный и высокоомный участки, при этом продольные оси высокоомного участка и первой части низкоомного совпадают с осью симметрии прямоугольного волновода, перпендикулярной его широкой стенке, вторая часть низкоомного участка расположена перпендикулярно ее первой части, причем варактор включен параллельно в низкоомный участок на расстоянии от его короткозамкнутого конца, выбираем из соотношения

1 co! вС- — сто

Z Чф

=О, где Чф — фазовая скорость волны в щелевой линии; в — круговая частота;

С вЂ” емкость варактора;

Z — волновое сопротивление низкоомного участка, суммарная длина первой части низкоомного участка выбрана равной четверти длины волны, а ширина высокоомного участка соизмерима с четвертью длины волны.

Это доказывает. соответствие заявляемого технического решения критерию "новизна", Патентный поиск по классу Н 01 P

1/1S показал, что применение ферритового циркулятора с подключенным к одному из плеч короткозамкнутого отрезка, в котором установлен варакторный диод, известно. Но применение диафрагмы, содержащей щелевую короткозамкнутую на концах линию, со стоящую из двух отрезков низкоомного, длиной l, определяемой из формулы

1 в! в С - — cog = О, Z Чф и BblcoKooMHoi длиной Л /4, и диода, установленного на границе двух отрезков линии, не известно, Кроме того, в предлагаемом устройстве имеются свойства (повышение крутизны фэзовращателя), отсутствующие в аналогах и прототипе. На основании вышеизложенного можно утверждать, что предлагаемое устройство обладает существенными отличиями, Положительный эффект достигается путем повышения крутизны резойансного контура, в котором установлен варактор зэ. счет применения диафрагмы, в которой введена щелевая линия, короткозамкнутая на концах, содержащая два отрезка низкоомный и высокоомный. Длина высокоомного равна

Л /4, а длина низкоомного такова, что совместно с емкостью варактора образует резонансный контур, На фиг,1 представлена конструкция предлагаемого устройства; на фиг.2 — конструкция резонансной диафрагмы; на фиг.3— зпюры, поясняющие работу фазовращателя; на фиг.4 — фазовая характеристика макета фазовращэтеля.

На фиг.1 — 4 приняты следующие обозначения . 1 — ферритовый циркулятор, 2 — резонансная диафрагма, 3 — короткозамкнутый отрезок волновода, 4 — варактор, 5 — блокировочная емкость, 6 — низкоомнэя щелевая

20 линия, 7 — высокоомная щелевая линия, Лф — фазовый сдвиг сигнала, создающийся в фазовращателе; Uynp — управляющее напряжение на фэзовращателе; в — круговая частота СВЧ-колебаний; С вЂ” емкость варак25 тора; R — 3;вивалентное сопротивление резонансной диафрагмы; — эквивалентная индуктивность резонансной диафрагмы, Предлагаемый фазовращатель содержит ферритовый циркулятор 1, к одному из плеч которого подключена резонансная диафрагма 2 и короткозамыкэтель 3 (фиг.1), Конструкция резонансной диафрагмы представлена на фиг.2. Один из выводов варэкторного диода 4 зэземлен, другой вывод через конструктивную емкость 5 выведен наружу и на него подается управляющее напряжение. Диафрагма имеет низкоомную щель 6, ширина щели много меньше длины волны, где определяется из формулы

40 1 в! вС- — сто =О, Я«Л

Z Чф

Щель 7 имеет четвертьвол новую длину, волновое сопротивление щели высокое, т,е, Д— диаметр высокоомной линии соизмерен с

45 Л/4, Низкоомная щель 6 расположена параллельно широкой стенке волноводэ; четвертьволновая щель 7 ортогональна широкой стенке и находится нэ оси волновода. При имеющем значительную величи50 ну, низкоомная щелевая линия может иметь на конце излом и дополнительный отрезок линии, параллельный узкой стенке (фиг.2), Варактор 5 размещен нэ границе четвертьволновой и полуволновой щелей, Предлагаемый фазовращэтель работает следующим образом. При подаче нэ вход.ное плечо циркуляторэ 1 СВЧ мощности, мощность направляется во второе плечо циркулятора, где установлена резонансная

1790793 диафрагма 2 и короткозэмыкатель 3, отражается и с определенной задержкой поступает нэ выходное плечо циркуляторэ, Для обеспечения резонанса в низкоомной щелевой линии короткозэмкнутой на одном кон- 5 це и нагруженной нэ емкость — с другой необходимо выполнить следующее условие вС- — ctg =0.

1 Nl с где в — круговая резонансная частота;

I — длина этой линии;

Z — характеристическое сопротивление щелевой линии;

С вЂ” емкость конденсатора (варактора) на конце линии; 15 с — фэзовэя скорость в линии.

Высокоомная четвертьволновэя линия является четвертьволновым изолятором необходима для исключения влияния плоскости короткого замыкания в щелевой линии 20 нэ импедэнс варакторэ. При выполнении этих условий потери пропускэния через диафрагму а1 (f1) см. фиг.4 на рэбочей частоте

f1 ПРИ Uynp = О Равны Ои ПРи подаче Uynp =

01 кривая затухэния переместится и займет 25 положение az (f1) и затухание будет существенным. Нэ частоте f1 пРи Uynp = О затУхание а1(11) -= О и мощность распространяется до короткозамыкателя и обратно, задержка

2 1р 3600 фдЗЫ дддТддИТ у — — — — P И ПРИ 12 =

rp = 180о

ПРи Uynp = U1, & (f1) = о0, пРактически всЯ

35 мощность, поступающая нэ диафрагму, отразится от нее, фэзовэя задержка составит

О . Таким образом, при изменении Uynp от О до U1 фазовый сдвиг будет меняться of 180 доО .

Определим во сколько раз крутизна фазовой перестройки от изменения емкости ви редла гаем ам устройстве d p 1/d С вы ше, чем в прототипе d p 2/dC, Фазовый сдвиг в предлагаемом устройстве, исходя из эквивалентной схемы фиг,3, 1 1 составит rp 1 = агстд(— — - — в () .

50 повышения крутизны изменения фазы, в поперечном сечении отрезка прямоугольного

55 волновода установлена введенная диафрэгмэ, в которой выполнена короткозамкнутая нэ обоих концах щелевэя линия, включающая последовательно соединенные низкоомный и высокоомный учэстки, при этом

Формула изобретения

Фазоврэщатель СВЧ, содержащий циркулятор, к первому плечу которого подключен короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода, в котором установлен варактор, упрэвляемйй напряжением, отличающийся тем, что, с целью

Фазовый сдвиг в прототипе составит

1 рг = агссд

4Р1 вс2

dC 1

NC NL )

R б а вС

dC 1 вС 2

"+(R )

Нэ резонансной частоте, когда — в L

dpi д Ю2

= О, отношение . будет равно

dC dC, баев =1+(1 ); (1) вСй

2.

Из формулы (1) видно, что для увеличения d .p1/d <р R должно быть мало, т.е, должна быть высокой добротность резонан-. сной диафрагмы. Увеличение добротности в предлагаемом устройстве достигается за счет малой связи щелевого резонэтора диафрагмы с трактом. Для этого щель 6 выбирается достаточно узкой, т.е. S « il щель 7 располагается вдоль оси симметрии. Для уменьшения шунтирующего действия. волнового сопротивления щелевой линии на вэрактор волйовое сопротивление щели 7 выбирается большим, т.е. D = A. /4. Низкоомная щель является резонансной щелью полоскопропускающего фильтра, выполненного на диафрагме, резонансная частота которого изменяется путем изменения емкости на конце диафрагмы, т.е, путем изменения электрических размеров щели 6. Для исключения шунтирующего влияния на вэрактор плоскости короткого замыкания с другой стороны диода этэ плоскость вдоль щелевой линии отнесена от диода на расстояние l1, равное А /4.

1790793

8 продольные оси высокоомного участка и первой части низкоомного совпадают с осью симметрии прямоугольного волновода, перпендикулярной его широкой стенке, вторая часть низкоомного участка расположена перпендикулярно ее первой части, причем варактор включен параллельно в низкоомный участок íà расстоянии! от его короткозамкнутого конца, выбираемом из соотношения вС- — erg =0

1 ml

Z Ч,р где Vy — фазовая скорость волны в щелевой линии; в — круговая частота;

С вЂ” емкость варактора;

5 Z-волновоесопротивление низкоомного участка, суммарная длина первой части низкоомного участка и высокоомного участка выбрана равной четверти длины волны, а ширина высокоомного участка соизмерима

10 с четвертью длины волны.

1790793 юг. 2 гг

1790793

Составитель Н.Кожевников

Техред M.Ìoðãåíòàë . Корректор Н.Милюкова

Редактор Т,Иванова

Заказ 376 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, москва,Ж-35; Раушская наб., 4/5

Г1роизводсгвеI!l<0-издательскии комбинат "Патент", г. Ужгорсщ, чл 1 аг,цц на !01