Способ управления характеристиками волноводного полосового фильтра и устройство для его реализации
Владельцы патента RU 2422953:
Государственное научное учреждение "Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
Использование: в области СВЧ волноводной техники. Технический результат заключается в создании полосового волноводного фильтра с регулируемым пропусканием или отражением на уровне от 0 до 20-30 дБ. Способ заключается в том, что для управления характеристиками фильтра вместо проводящих стержней в волноводе используются плазменные столбы в газоразрядных лампах. Устройство содержит волноводную секцию с металлическими стержнями и газоразрядными лампами, каждая из которых через балластные сопротивления соединена с источником питания, коаксиально-волноводные переходы, ферритовые вентили, СВЧ генератор, СВЧ детектор. Выход СВЧ генератора через ферритовый вентиль и коаксиально-волноводный переход подключен к волноводной секции. Волноводная секция через другой волноводно-коаксиальный переход и ферритовый вентиль подключена к СВЧ детектору. Газоразрядные лампы через балластные сопротивления соединены с управляемым источником питания. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Способ управления характеристиками волноводного полосового фильтра и устройство для его реализации относятся к области СВЧ волноводной техники и могут быть использованы для управления пропусканием (отражением) полосовых волноводных фильтров, которые используются в качестве элементов СВЧ волноводных трактов.
Известны способ и устройство управления характеристиками (пропусканием, отражением) волноводного полосового фильтра с помощью набора металлических штырей, расположенных в волноводе в определенном порядке, определяемом длиной волны СВЧ излучения, на которое он предварительно рассчитан и изготовлен [1], содержащий отрезок волновода, в который перпендикулярно широкой стенке вставлены штыри из хорошо проводящего материала. Недостатком данного волноводного фильтра является то, что он пригоден только для СВЧ излучения определенной длины волны и имеет заданную величину пропускания (или отражения).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению являются способ и устройство перераспределения миллиметрового излучения, при его прохождении через периодически неоднородную плазму барьерного разряда, инициируемого в специальной конфигурации электродов [2], содержащие объем с периодически неоднородной плазмой барьерного разряда, излучающую и принимающую рупорные антенны, СВЧ генератор, СВЧ детектор. Недостатком данного способа и устройства является то, что оно пригодно для излучения миллиметрового диапазона длин волн и обладает низкоэффективной характеристикой управления пропусканием (менее 3 дБ).
Задачей данного изобретения является управляемый полосовой волноводный фильтр 10-сантиметрового диапазона длин волн с регулируемым пропусканием (отражением) от 0 до 20-30 дБ.
Способ управления характеристиками волноводного полосового фильтра заключается в том, что для управления пропусканием или отражением волноводного полосового фильтра используют плазменные столбы, которые созданы с помощью газоразрядных ламп, концентрация электронов в которых на порядок превышает критическую для падающего излучения. При этом управление пропусканием волноводного полосового фильтра осуществляют в пределах 0-30 дБ изменением разрядного тока газоразрядных ламп от 0 до 100 мА.
Концентрация электронов в плазменных столбах порядка 1013 см-3, что более чем на порядок величины превышает критическую концентрацию электронов для СВЧ излучения 10-сантиметрового диапазона длин волн. При изменении тока разряда изменяют концентрацию электронов в плазменном столбе, что приводит к изменению пропускания полосового волноводного фильтра от 0 до 20-30 дБ.
Способ управления характеристиками волноводного полосового фильтра реализуется с помощью устройства.
Устройство для управления характеристиками волноводного полосового фильтра включает волноводную секцию, содержащую три ряда по пять металлических стержней, один конец которой через коаксиально-волноводный переход и ферритовый вентиль соединен с выходом СВЧ генератора, а второй конец через коаксиально-волноводный переход и ферритовый вентиль - СВЧ детектором. Три металлических стержня в центральном ряду заменены на три газоразрядные лампы, каждая из которых через балластные сопротивления соединена с источником питания.
Сущность устройства поясняется фиг.1, где:
1 - волноводная секция;
2 - коаксиально-волноводный переход;
3 - ферритовые вентили;
4 - СВЧ генератор;
5 - СВЧ детектор;
6 - металлические стержни;
7 - газоразрядные лампы;
8 - балластные сопротивления;
9 - источник питания;
10 - волноводно-коаксиальный переход.
Согласно изобретению выход СВЧ генератора 4 через ферритовый вентиль 3 и коаксиально-волноводный переход 2 подключен к волноводной секции 1. СВЧ сигнал из волноводной секции 1 через волноводно-коаксиальный переход 10 и ферритовый вентиль 3 подается на СВЧ детектор 5. В волноводной секции 1 металлические стержни 6 образуют три ряда по пять стержней (расстояние между рядами ≈L/4, а между стержнями ≈L/2, где L=90 мм - длина широкой стенки волновода), где в центральном ряду три металлических стержня заменены на три газоразрядные лампы 7. Газоразрядные лампы 7 через балластные сопротивления 8 соединены с управляемым источником питания 9.
Устройство работает следующим образом.
При выключенных газоразрядных лампах 7 СВЧ излучение от генератора 4 подается в волноводную секцию 1, проходит ее и регистрируется СВЧ детектором 5. Из-за металлических стержней 6 будет наблюдаться небольшое ослабление прошедшего сигнала (менее 3 дБ). При включении газоразрядных ламп 7 наблюдается резкое уменьшение прошедшего через волноводную секцию 1 СВЧ сигнала, регистрируемого СВЧ детектором 5.
При практическом осуществлении модели использовался прямоугольный волновод сечением 90×10 мм2 длиной около 30 см, представляющий собой четырехзвенный полосовой волноводный фильтр с непосредственными связями. 15 металлических (медных) стержней (3 ряда по 5 стержней) диаметром 4 мм, пересекающих волноводную секцию перпендикулярно ее широкой стенке, использовались для настройки подавления фильтра порядка 40-50 дБ в полосе частот 2,2-3 ГГц [1]. При удалении трех центральных стержней пропускание волноводной секции увеличивалось на 30-40 дБ. Затем вместо удаленных трех стержней устанавливались газоразрядные лампы ГШ-5 и зажигались в них разряды при разрядных токах от 0 до 100 мА, что обеспечивало электронную концентрацию в плазменном столбе на уровне порядка 1013 см-3. При этом наблюдается уменьшение проходящего через волноводную секцию СВЧ сигнала на 20-30 дБ. Изменением тока газоразрядных ламп представляется возможным изменять коэффициент пропускания полосового волноводного фильтра (фиг.2). На фиг.2 видно, что при токах 0, 40, 70 и 100 мА пропускание на частоте 2250 МГц соответственно равно -5, -19, -23 и -30 дБ.
Использование данных способа и устройства позволяет от 0 до 20-30 дБ управлять пропусканием полосового волноводного фильтра.
Источники информации
1. Каменский Н.Н., Модель A.M., Надененко Б.С. и др. Справочник по радиорелейной связи. Изд.2, перераб. и доп. 1981. 416 с.
2. Sakai О., Sakaguchi Т., Ito Y. and Tachibana K. Interaction and control of millimetre-waves with microplasma arrays // Plasma Phys. Control. Fusion, 2005, v.47, p.B617-B627.
1. Способ управления характеристиками волноводного полосового фильтра заключается в том, что для управления пропусканием или отражением волноводного полосового фильтра используют плазменные столбы, которые созданы с помощью газоразрядных ламп, концентрация электронов в которых на порядок превышает критическую для падающего излучения, при этом управление пропусканием волноводного полосового фильтра осуществляют в пределах 0-30 дБ изменением разрядного тока газоразрядных ламп от 0 до 100 мА.
2. Устройство для управления характеристиками волноводного полосового фильтра, включающее волноводную секцию, содержащую три ряда по пять металлических стержней, один конец которой через коаксиально-волноводный переход и ферритовый вентиль соединен с выходом СВЧ-генератора, а второй конец через коаксиально-волноводный переход и ферритовый вентиль - с СВЧ-детектором, отличающееся тем, что три металлических стержня в центральном ряду заменены на три газоразрядные лампы, каждая из которых через балластные сопротивления соединены с источником питания.
