Дифференциальный сверхвысокочастотный фазовращатель

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к фазосдвигающим устройствам, и может быть использовано преимущественно в проходных радиолинзах для создания требуемого фазового распределения электромагнитного поля на излучающей поверхности произвольной кривизны. Технический результат - получение требуемого фазового распределения электромагнитного поля в зависимости от угла поворота дифференциального СВЧ-фазовращателя вокруг своей продольной оси. Дифференциальный СВЧ-фазовращатель выполнен в виде отрезка круглого волновода с возможностью его вращения вокруг своей продольной оси. Внутри круглого волновода жестко установлен диэлектрический цилиндрический стержень из материала с высокой диэлектрической проницаемостью. В стержне образована фазосдвигающая секция в виде прорезанных симметрично относительно его продольной и поперечной осей с диаметрально противоположных сторон вдоль продольной оси по дуге окружностей навстречу друг другу щелей, при слиянии сегментов которых образуется сквозная щель. 4 ил.

 

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к фазосдвигающим устройствам, и может быть использовано преимущественно в проходных радиолинзах для создания требуемого фазового распределения электромагнитного поля на излучающей поверхности произвольной кривизны.

Известен сверхвысокочастотный фазовращатель, содержащий заземленное основание и полосковый проводник, образующие отрезок полосковой линии, и вкладыш, выполненный из диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью и установленный на заземленном основании. Заземленное основание выполнено в виде прямого круглого полого замкнутого цилиндра, вкладыш расположен внутри него и имеет переменную толщину, причем его внутренняя поверхность образована цилиндрической круглой поверхностью; полосковый проводник П-образной формы установлен внутри прямого круглого полого замкнутого цилиндра с возможностью вращения вокруг оси, проходящей через его концы; оси прямого круглого полого замкнутого цилиндра, цилиндрической круглой поверхности, образующей внутреннюю поверхность вкладыша, и ось вращения полоскового проводника расположены в одной плоскости и параллельны, а к концам полоскового проводника жестко прикреплены выводы, расположенные вдоль его оси вращения и проходящие сквозь отверстия в торцевых стенках прямого круглого полого замкнутого цилиндра. При повороте полоскового проводника за счет изменения толщины вкладыша, расположенного в промежутке между заземленным основанием и полосковым проводником, меняется эффективная диэлектрическая проницаемость этого промежутка, а следовательно, и фазовая постоянная распространения электромагнитной волны, что и обеспечивает изменение фазового набега [SU 1238175, H01P 1/18, 1986].

Причиной, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного сверхвысокочастотного фазовращателя, является отсутствие согласования с пространством, т.к. диэлектрический вкладыш находится в замкнутом металлическом волноводе, а также сложность его конструкции.

Сущность изобретения состоит в следующем. Задачей изобретения является разработка и создание простого по конструкции дифференциального СВЧ-фазовращателя, согласованного со свободным пространством. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, выражается в получении требуемого фазового распределения электромагнитного поля в зависимости от угла поворота дифференциального СВЧ-фазовращателя вокруг своей продольной оси.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном сверхвысокочастотном фазовращателе, содержащем заземленное основание и вкладыш, выполненный из диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью и установленный на заземленном основании, согласно изобретению заземленное основание выполнено в виде отрезка круглого волновода с возможностью его вращения вокруг своей продольной оси, вкладыш выполнен в виде цилиндрического стержня и жестко установлен внутри отрезка круглого волновода, при этом в диэлектрическом цилиндрическом стержне образована фазосдвигающая секция в виде прорезанных симметрично относительно его продольной и поперечной осей с диаметрально противоположных сторон вдоль продольной оси по дуге окружностей навстречу друг другу щелей, при слиянии сегментов которых образуется сквозная щель.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлены: фиг.1 - продольный разрез дифференциального СВЧ-фазовращателя; фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; фиг.4 - пример осуществления изобретения в виде переизлучающего элемента радиолинзы (продольный разрез).

Дифференциальный СВЧ-фазовращатель (фиг.1) содержит отрезок круглого волновода 1, внутри которого жестко, например, с помощью клея установлен цилиндрический стержень 2, изготовленный из материала с высокой диэлектрической проницаемостью, например ФЛАН-16,0 по ТУ16-503.148-80. Торцевые части 3, 4 диэлектрического стержня 2 служат излучателями, между которыми расположена фазосдвигающая секция 5. Она выполнена в виде прорезанных с помощью тонкой круглой фрезы симметрично относительно продольной и поперечной осей цилиндрического стержня 2 с диаметрально противоположных сторон вдоль его продольной оси по дуге окружностей навстречу друг другу щелей 6 (фиг.2), при слиянии сегментов которых образуется сквозная щель 7 (фиг.3). Конец отрезка круглого волновода 1 или торец цилиндрического стержня 2, обращенные в сторону облучателя, снабжены приспособлением, например, шлицами или выступами, обеспечивающим вращение вручную или механически дифференциального СВЧ-фазовращателя вокруг своей продольной оси (на чертежах не показаны).

Описанный дифференциальный СВЧ-фазовращатель применяется только в устройствах, работающих на круговой поляризации поля. Скосы щелей 6 в виде «ласточкиного хвоста» (фиг.1) обеспечивают согласование нерегулярного участка 5 диэлектрического цилиндрического стержня 2 с регулярным волноводом 1. Две распространяющиеся в волноводе взаимно ортогональные компоненты электромагнитного поля (одна параллельная щели 6, 7, а другая перпендикулярная ей) основной волны имеют разные постоянные распространения и поэтому приобретают разный фазовый сдвиг. Выбором определенной длины L сквозной щели 7 (фиг.4) обеспечивается разность фаз 180° между указанными компонентами поля. При повороте вокруг своей продольной оси диэлектрического цилиндрического стержня 2 с фазосдвигающей секцией на некоторый угол проходящая через него электромагнитная волна получает дополнительный фазовый сдвиг, равный двойному углу поворота диэлектрического цилиндрического стержня 2. Т.е. 180-градусная фазосдвигающая секция 6 может служить в качестве дискретного фазовращателя, называемого обычно фазовращателем Фокса [Саусворт Дж. К. Принципы и применения волноводной передачи. - М.: Сов. радио, 1955].

В примере осуществления изобретения в качестве переизлучающего элемента радиолинзы (фиг.4) использовался диэлектрический цилиндрический стержень 2 диаметром 0,2585 λ, где λ - длина волны в свободном пространстве. Для образования фазосдвигающей секции 5 применялась фреза толщиной 0,0136 λ и диаметром 2,721 λ. При увеличении толщины щелей 6, 7 (толщины фрезы) волновод данного диаметра становится запредельным для поляризации поля, перпендикулярной плоскости щели. Общая длина S фазосдвигающей секции 5 равнялась 1,2946 λ, а длина L сквозной щели - 0,61 λ. Отрезок круглого волновода помещен в отверстие в металлическом корпусе радиолинзы, а торцевые части 3, 4 диэлектрического стержня 2 помещены соосно, соответственно, в первые отрезки круглых двухступенчатых волноводов 8, 9, выполненных в корпусе радиолинзы. Во вторых отрезках круглых двухступенчатых волноводов 8, 9, имеющих больший диаметр, чем у первых отрезков, установлены диэлектрические вставки 10 из материала с низкой диэлектрической проницаемостью, например ФЛАН - 3,8 по ТУ16-503.148-80. Торцевые части 3, 4 диэлектрического стержня 2 имеют конические фаски и установлены с воздушным зазором с поверхностями диэлектрических вставок 10. Данная конструкция представляет собой волноводный канал, содержащий дифференциальный СВЧ-фазовращатель и излучатели, конструктивно являющиеся круглыми коаксиально-волноводными излучателями, в которых роль возбудителей играют торцевые части 3, 4 диэлектрического стержня 2. Со стороны облучателя радиолинзы каждый волноводный канал снабжен лимбом с указателями градусов, соответствующих тому или иному фазовому распределению поля в раскрыве радиолинзы.

Для формирования требуемого распределения поля в раскрыве радиолинзы каждый дифференциальный СВЧ-фазовращатель поворачивают на соответствующий угол для данного волноводного канала. Таким образом можно создать любое требуемое фазовое распределение поля на излучающей поверхности радиолинзы независимо от кривизны ее поверхности. Как следует из описания, дифференциальный СВЧ-фазовращатель может быть использован, в основном, в редко перестраиваемых устройствах со сложными фазовыми распределениями, которые нельзя реализовать с помощью известных радиолинз. К таким устройствам могут быть отнесены, например, плоские радиолинзы, предназначенные для выравнивания фазового фронта электромагнитного поля облучающей системы и для отклонения излучаемого поля в заданном направлении, а также купольные сферические радиолинзы, позволяющие существенно расширить сектор сканирования плоской фазированной антенной решетки, находящейся под куполом.

Дифференциальный сверхвысокочастотный фазовращатель, содержащий отрезок круглого волновода, внутри которого жестко закреплен вкладыш, выполненный из диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью, отличающийся тем, что отрезок круглого волновода выполнен с возможностью его вращения вокруг своей продольной оси, вкладыш выполнен в виде диэлектрического цилиндрического стержня, в котором образована фазосдвигающая секция в виде прорезанных симметрично относительно его продольной и поперечной осей с диаметрально противоположных сторон вдоль продольной оси по дуге окружностей навстречу друг другу щелей, при слиянии сегментов которых образуется сквозная щель.