Фазовращатель

Авторы патента:

Романцев Вениамин Викторович (RU)

Фирсенков Алексей Анатольевич (RU)

Иванов Аркадий Анатольевич (RU)

Мироненко Игорь Германович (RU)

H01P1/18 - Волноводы; резонаторы, линии или другие устройства типа волноводов (работающие в оптическом диапазоне G02B; антенны H01Q; цепи, содержащие элементы с сосредоточенным полным сопротивлением H03H)

Владельцы патента RU 2510106:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в антеннах с электронным сканированием луча. Создан новый тип отражательного СВЧ фазовращателя на основе многощелевой линии с развязкой СВЧ поля от управляющего напряжения. Технический результат - создание фазовращателя отражательного типа, в котором цепь подачи управляющего напряжения оказывает минимальное влияние на его электродинамические характеристики. Фазовращатель, содержащий диэлектрическую подложку, на которую нанесена сегнетоэлектрическая пленка и сформирована четырехщелевая линия с крайними волноведущими и внутренними управляющими электродами, при этом на части диэлектрической подложки, на которой отсутствует сегнетоэлектрическая пленка, сформированы контактные площадки для подачи напряжения, участки продолжения волноведущих электродов и копланарные линии, соединяющие управляющие электроды щелевой линии с контактными площадками, причем центральный управляющий электрод через четвертьволновый отрезок соединен с первой контактной площадкой, электрически соединенной с участками продолжения волноведущих электродов, а каждый из соседних с центральным электродом управляющий электрод соединен со второй контактной площадкой через последовательное соединение двух четвертьволновых отрезков, параметры первого из которых равны параметрам четвертьволнового отрезка, соединенного с центральным управляющим электродом, а параметры второго четвертьволнового отрезка выбраны из условия максимального отражения рабочего сигнала. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в антеннах с электронным сканированием луча.

Известен СВЧ фазовращатель проходного типа, содержащий пластину или пленку сегнетоэлектрика с электродами, которая помещается в волновод (патент US №2918572). При изменении диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика под действием электрического поля изменяется постоянная распространения электромагнитной волны в линии передачи, что приводит к изменению фазы прошедшей волны.

Недостатком этого фазовращателя является ограниченность его работы по частоте - возможность его работы только в сантиметровом диапазоне, трудность его согласования с волноводным трактом, необходимость введения согласующих устройств, которые увеличивают габариты, потери, ограничивают частотный диапазон фазовращателя.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому решению является СВЧ фазовращатель проходного типа, выполненный на основе многощелевой линии, сформированной на сегнетоэлектрической пленке (патент RU №2258279).

Известное устройство содержит диэлектрическую подложку с сегнетоэлектрической пленкой, на которой расположены волноведущие электроды, формирующие протяженную щель, и в области щели нанесены управляющие электроды. Использование управляющих электродов в щелевой линии позволяет обеспечить минимум управляющего напряжения, В данной конструкции заложена возможность управления фазовой скоростью щелевого мода за счет нелинейности диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрической пленки по отношению к управляющему напряжению.

Недостатком известного щелевого фазовращателя является сложность подачи управляющего напряжения на цепи управления без влияния на электродинамику фазовращающей линии.

Задачей, решаемой изобретением, является создание фазовращателя отражательного типа, в котором цепь подачи управляющего напряжения оказывает минимальное влияние на его электродинамические характеристики.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый фазовращатель, так же как и известный, содержит диэлектрическую подложку, на которую нанесена сегнетоэлектрическая пленка и сформирована четырехщелевая линия с крайними волноведущими и тремя внутренними управляющими электродами. Но, в отличие от известного, в предлагаемом фазовращателе на части диэлектрической подложки, на которой отсутствует сегнетоэлектрическая пленка, сформированы контактные площадки для подачи напряжения, участки продолжения волноведущих электродов и копланарные линии, соединяющие управляющие электроды щелевой линии с контактными площадками, причем центральный управляющий электрод щелевой линии через четвертьволновый отрезок соединен с первой контактной площадкой, электрически соединенной с участками продолжения волноведущих электродов, а каждый из соседних с центральным электродом управляющий электрод соединен со второй контактной площадкой через последовательное соединение двух четвертьволновых отрезков, параметры первого из которых равны параметрам четвертьволнового отрезка, соединенного с центральным управляющим электродом, а параметры второго четвертьволнового отрезка выбраны из условия максимального отражения рабочего сигнала.

Достигаемый технический результат - создание нового типа фазовращателя - фазовращателя отражательного типа на основе многощелевой линии, выполненной на сегнетоэлектрике с одновременным созданием развязки щелевой линии от цепи управления. С помощью четвертьволновых отрезков копланарных линий на выходе щелевой линии обеспечивается режим, близкий к холостому ходу или короткому замыканию, за счет трансформации нагрузочного импеданса копланарных линий. Копланарные линии сформированы на участке подложки без сегнетоэлектрической пленки, что обеспечивает неизменность их волнового сопротивления и электрической длины на рабочей частоте с возможностью подачи управляющего напряжения на электроды четырехщелевой линии.

Совокупность признаков, сформулированная в пункте 2 формулы изобретения, характеризует фазовращатель, в котором на его входе сформирован входной согласующий элемент, форма которого обеспечивает плавное изменение волнового сопротивления.

Плавное изменение волнового сопротивления позволяет получить широкополосное согласование со свободным пространством.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показано сечение фазовращателя, на фиг.2 - вид сверху, на фиг.3 показаны копланарные линии с контактными площадками.

Фазовращатель сформирован на диэлектрической подложке 1 (фиг.1), на часть которой нанесена сегнетоэлектрическая пленка 2 и сформирована четырехщелевая линия, которая содержит волноведущие электроды 3 и расположенные между ними три управляющих электрода 4. На входе щелевой линии (фиг.2) сформирован плавный согласующий элемент 5. На фиг.3 представлены копланарные линии передачи, напыленные на часть поверхности диэлектрической подложки, на которой отсутствует пленка сегнетоэлектрика. Управляющие электроды 4 щелевой линии соединены с электродами копланарных линий 4^I. На этой части подложки сформированы контактные площадки 6 и 7 для подачи управляющего напряжения и участки 5, которые являются продолжениями волноведущих электродов 3^I. Управляющие электроды щелевой линии соединены с контактными площадками 6 и 7 через четвертьволновые отрезки копланарных линий, причем центральный электрод соединен с контактной площадкой 6, которая электрически соединена с электродами 3, а каждый из соседних с ним управляющих электродов соединен с другой контактной площадкой 7 через два последовательно соединенных четвертьволновых отрезка 8 и 9. Первый из них 8 имеет параметры, одинаковые с параметрами четвертьволнового отрезка копланарной линии, который соединен с центральным управляющим электродом, а второй четвертьволновый отрезок 9 обеспечивает максимально возможное отражение рабочего сигнала за счет большого волнового сопротивления. Рассматриваемая конструкция обеспечивает чередование знаков напряжения на электродах как копланарных линий, так и щелевой, так как центральный управляющий электрод и волноведущие электроды имеют один потенциал, а соседние с центральным имеют другой.

Рассмотрим работу фазовращателя. Управление фазовой скоростью любой многощелевой линии осуществляется за счет изменения диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрической пленки посредством управляющего поля, что приводит к изменению ее электрической длины. Рассматриваемый фазовращатель относится к фазовращателям отражательного типа. Электромагнитная волна, поступающая на вход фазовращателя, через согласующий элемент 5 поступает в четырехщелевую линию длиной L. На электроды линии подается управляющее напряжение от контактных площадок 6 и 7, которое формирует электрическое поле на щелях между электродами четырехщелевой линии. Под воздействием поля изменяется диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектрической пленки и, соответственно, скорость распространения электромагнитной волны, что приводит к фазовому сдвигу. После отражения волна возвращается по щелевой линии к согласующему элементу 5, после чего излучается в свободное пространство или волноведущую структуру. Таким образом, волна от входа к выходу проходит расстояние, равное 2L. Отражение электромагнитной волны происходит от торца щелевой линии, в плоскость которого четвертьволновыми отрезками копланарных линий трансформируется сопротивление, близкое к короткому замыканию.

Важным является то, что режим «короткого замыкания» сформирован на копланарных линиях, которые не изменяют свои характеристики под воздействием управляющего напряжения, так как линии сформированы на части диэлектрической подложки без сегнетоэлектрической пленки. В этом случае на рабочей частоте фазовращателя при изменении управляющего напряжения копланарные линии обеспечивают постоянное волновое сопротивление и постоянный коэффициент отражения, близкий к единице.

Пример реализации фазовращателя. Фазовращатель изготовлен в виде планарной конструкции. На диэлектрическую подложку толщиной 0,5 мм из сапфира с низким тангенсом угла диэлектрических потерь (tgδ<10^-4) и диэлектрической проницаемостью 9.8 напылена сегнетоэлектрическая пленка толщиной 1.27 мкм и диэлектрической проницаемостью 1270, поверх которой сформированы пленочные медные электроды. Четырехщелевая линия имеет три электрода шириной 50 мкм и щели с шириной 50 мкм. Длина фазосдвигающего элемента L=20 мм. Такой фазовращатель на рабочей частоте 30 ГГц обеспечивает управление фазовым сдвигом в 360° при подаче управляющего напряжения значением, близким к 350 В, на электроды щелевой линии через четвертьволновые отрезки, сформированные на части подложки, на которой отсутствует сегнетоэлектрическая пленка.

Описание конструкции СВЧ фазовращателя и его работы показывает достижение технического результата - создание нового типа отражательного СВЧ фазовращателя, выполненного на основе многощелевой линии, в котором реализована развязка СВЧ электромагнитного поля от управляющего напряжения.

1. Фазовращатель, содержащий диэлектрическую подложку, на которую нанесена сегнетоэлектрическая пленка и сформирована четырехщелевая линия с крайними волноведущими и внутренними управляющими электродами, отличающийся тем, что на части диэлектрической подложки, на которой отсутствует сегнетоэлектрическая пленка, сформированы контактные площадки для подачи напряжения, участки продолжения волноведущих электродов и копланарные линии, соединяющие управляющие электроды щелевой линии с контактными площадками, причем центральный управляющий электрод через четвертьволновый отрезок соединен с первой контактной площадкой, электрически соединенной с участками продолжения волноведущих электродов, а каждый из соседних с центральным электродом управляющий электрод соединен со второй контактной площадкой через последовательное соединение двух четвертьволновых отрезков, параметры первого из которых равны параметрам четвертьволнового отрезка, соединенного с центральным управляющим электродом, а параметры второго четвертьволнового отрезка выбраны из условия максимального отражения рабочего сигнала.

2. Фазовращатель по п.1, отличающийся тем, что на его входе сформирован входной согласующий элемент, форма которого обеспечивает плавное изменение волнового сопротивления.

Изобретение относится к способам уменьшения интенсивности фонового излучения инфракрасного диапазона. Способ фильтрации фонового излучения инфракрасного диапазона, падающего на сверхпроводниковый однофотонный детектор, включает передачу излучения инфракрасного диапазона с длиной волны 0,4-1,8 микрометров на сверхпроводниковый однофотонный детектор при помощи одномодового волокна, частично находящегося при температуре 4,0-4,4 К.

Контактный свч переключатель // 2509395

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использовано для коммутации СВЧ сигналов в фидерных трактах различного назначения, в частности при создании переключателя фидерных трактов.

Защитное устройство свч // 2504871

Изобретение относится к электронной технике СВЧ. Достигаемый технический результат - расширение рабочей полосы частот и снижение прямых потерь СВЧ при сохранении допустимой входной мощности.

Микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр // 2504870

Изобретение относятся к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов. Технический результат заключается в расширении высокочастотной полосы заграждения полосно-пропускающего микрополоскового фильтра и уменьшении его размеров.

Свч переключатель на pin-диодах с фильтрующими свойствами // 2504869

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к СВЧ переключателям на PIN-диодах. СВЧ переключатели применяются в приемопередающих системах для работы приемников и передатчиков в дуплексном режиме на одну антенну на одной частоте.

Полосно-заграждающий фильтр // 2498464

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для селекции СВЧ-сигнала. Техническим результатом является получение высокой крутизны склонов полосы заграждения на частоте F0 и сдвиг паразитной полосы заграждения дальше чем 3F0.

Многополосное устройство для соединения и разделения передачи и приема с широкой частотной полосой типа омт для сверхвысокочастотных телекоммуникационных антенн // 2497242

Изобретение относится к многополосному соединительному устройству излучения и приема с очень широкой частотной полосой пропускания типа ортомодового соединительного устройства (ОМТ), предназначенному для сверхвысокочастотных телекоммуникационных антенн.

Модуль свч // 2497241

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), а именно к конструкции корпусов интегральных модулей СВЧ-диапазона, используемых в радиоэлектронной аппаратуре.

Способ генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов и устройство его реализации // 2496192

Настоящее изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для создания устройств генерации высокочастотных сигналов на заданном количестве частот, что позволяет формировать сложные сигналы и создавать эффективные компактные средства радиосвязи с заданным количеством радиоканалов.

Способ и устройство электрического управления фазой волноводного фазовращателя // 2494500

Изобретение относится к области радиотехники сверхвысоких частот (СВЧ), а более конкретно к волноводным фазовращателям и предназначено, главным образом, для построения антенных решеток с электронным сканированием луча, например, миллиметрового диапазона длин волн.

Малогабаритный фазовращатель свч-диапазона // 2510551

Изобретение относится к области нанотехнологии и может быть использовано в интегральной СВЧ-электронике для радиотехнической аппаратуры наземного, воздушного, космического базирования. Технический результат - снижение потерь мощности СВЧ-сигнала и увеличение верхнего диапазона частот. Малогабаритный фазовращатель СВЧ-диапазона, включающий расположенную на диэлектрическом материале микрополосковую линию и размещенные между ее токовым и земляным проводниками сегнетоэлектрические конденсаторы на диэлектрической подложке, отличающийся тем, что диэлектрическим материалом является алмазная пластина, диэлектрическая подложка выполнена из монокристаллического оксида магния с кристаллической ориентацией (100), а в качестве сегнетоэлектрика используют пленку барий-стронций титаната состава Ba1-xSrxTiO3 толщиной 20±5 нм, где х=0,2±0,01. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Полосковая нагрузка // 2510901

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), в частности к устройствам сложения (деления) СВЧ сигналов, и может быть использовано для сложения (деления) СВЧ сигналов в фидерных трактах техники связи, радиолокационных устройств, в телевидении, в измерительной технике. Технический результат - уменьшение потерь СВЧ сигнала, приходящего от одного входа к выходу при отсутствии согласования второго входа, и сохранение хорошего согласования со стороны выхода при отсутствии согласования на одном из входов. Для этого в сумматор СВЧ сигналов, содержащий симметричный тройник, имеющий выходное плечо, два входных четвертьволновых плеча, расположенные по разные стороны от выходного плеча, параллельно установлены коммутирующие диоды, включенные на расстоянии, равном четверти длины волны от узла разветвления тройника, а выходное плечо выполнено в виде четвертьволнового отрезка связанной линии, у которого на обоих концах вторичной линии параллельно подключены дополнительно коммутирующие диоды. 1 ил.

Активный фазовращатель (варианты) // 2510980

Изобретение относится к электронной технике, а именно к фазовращателям СВЧ на полупроводниковых приборах. Технический результат - повышение надежности устройства. Активный фазовращатель, выполненный на полупроводниковых приборах на основе SiGe и включающий широкополосный квадратурный полифазный фильтр, состоит из последовательно соединенных секций, построенных на RC пассивных цепях, и обеспечивающий возможность формирования двух ортогонально сдвинутых по фазе квадратурных сигналов, аналоговый дифференциальный сумматор, содержащий ячейки Гильберта, усилитель и сумматор, блок цифрового сигнала, выполненный с возможностью управления каждой ячейкой Гильберта, согласующее звено и блок преобразователя дифференциального сигнала в однополярный, кроме того, на выходе из квадратурного полифазного фильтра предусмотрены 4 эмиттерных повторителя, обеспечивающих согласование со схемой аналогового дифференциального сумматора. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Компактный у3ел возбуждения для создания круговой поляризации в антенне и способ получения такого компактного узла возбуждения // 2511488

Изобретение относится к устройству создания круговой поляризации в антенне. Технический результат - снижение омических потерь и упрощение конструкции устройства. Компактный узел возбуждения для создания круговой поляризации в антенне содержит разделительный ортомодовый преобразователь и ответвитель, при этом ортомодовый преобразователь, называемый ОМТ, является асимметричным и содержит основной волновод квадратного или круглого сечения с продольной осью ZZ' и две ветви, соединенные с основным волноводом соответственно двумя щелями параллельного соединения, при этом обе соединительные щели выполнены в двух ортогональных стенках основного волновода, при этом обе ветви ОМТ связаны соответственно с двумя волноводами неуравновешенного ответвителя, при этом ответвитель имеет два разных коэффициента деления (α, β), оптимизированные таким образом, чтобы компенсировать ортогональные паразитные составляющие (δу, δх) электрического поля, возникающие из-за асимметрии ОМТ. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 13 ил.

Широкополосный аттенюатор свч // 2513709

Настоящее изобретение относится к электронной технике. Технический результат изобретения заключается в увеличении ширины рабочей полосы частот, уменьшении величины коэффициента стоячей волны напряжения и уменьшении величины изменения фазы сигнала СВЧ при изменении постоянного управляющего напряжения при сохранении малой величины прямых потерь СВЧ. Широкополосный аттенюатор СВЧ состоит, по меньшей мере, из одного разряда, каждый из которых содержит линии передачи на входе и выходе с одинаковыми волновыми сопротивлениями, полевой транзистор с барьером Шотки, два резистора, при этом первый резистор расположен параллельно, второй - последовательно входу и выходу аттенюатора, концы первого резистора соединены с истоком и стоком полевого транзистора с барьером Шотки соответственно, его исток и соответственно первый резистор заземлены, концы второго резистора соединены с линиями передачи на входе и выходе соответственно. В каждый разряд аттенюатора дополнительно введены второй полевой транзистор с барьером Шотки, три индуктивности и два одинаковых резистора - третий и четвертый, при этом исток второго полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на входе, его сток - с линией передачи на выходе, концы первой и второй индуктивностей соединены с концами первого и второго резисторов соответственно, один конец третьей индуктивности соединен с линией передачи на входе, другой - со стоком первого полевого транзистора с барьером Шотки, затворы каждого полевого транзистора с барьером Шотки соединены с источником постоянного управляющего напряжения через третий и четвертый резисторы соответственно. 5 ил.

Полосковый фильтр с широкой полосой заграждения // 2513720

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот. Технический результат - увеличение протяженности полосы заграждения фильтра и уровня затухания в ней. Полосковый фильтр с широкой полосой заграждения, содержащий подвешенную между экранами диэлектрическую пластину, на обе поверхности которой нанесены короткозамкнутые смежными концами с одного ее края полосковые проводники резонаторов, отличается тем, что внутри диэлектрической пластины расположены дополнительные полосковые проводники, короткозамкнутые одним концом с противоположного края диэлектрической пластины. 6 ил.

Управляемый фазовращатель // 2515556

Управляемый фазовращатель относится к технике высоких и сверхвысоких частот и может использоваться для управления фазой сигналов в антенных решетках и системах передачи информации. Достигаемый технический результат - упрощение конструкции. Управляемый фазовращатель содержит диэлектрическую подложку, на одну поверхность которой нанесен сплошной экранирующий проводник линии передачи, а на вторую - взаимодействующие металлические полосковые проводники, каждый из которых одним своим концом подключен через варактор к экранирующему проводнику линии передачи, вторым своим концом каждый из упомянутых полосковых проводников подключен к нерегулярной микрополосковой линии передач, концы которой образуют вход и выход устройства. 3 ил.

Интерференционный переключатель резонансного свч компрессора // 2515696

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в резонансных СВЧ компрессорах в качестве устройства вывода энергии для формирования мощных СВЧ импульсов наносекундной длительности. Технический результат - увеличение рабочей мощности переключателя при неизменной стабильности срабатывания и повышение стабильности срабатывания при неизменной рабочей мощности за счет увеличения количества каналов, через которые осуществляется вывод накопленной энергии из большего числа резонаторов. Переключатель содержит четыре волноводных Н-тройника, лежащих попарно в ортогональных плоскостях, с входными и выходными прямыми плечами и боковыми плечами полуволновой длины, объединеными через окна связи в полное сечение волновода в цилиндрической стенке проходного резонатора. В проходном резонаторе расположен СВЧ коммутатор с газоразрядной трубкой, установленной на полувысоте проходного резонатора по его диаметру под углом 45° к направлению боковых плеч, и с разрядником подсветки в центре одного из торцов газоразрядной трубки. Рабочая частота проходного резонатора выбрана равной частоте, на которой боковые плечи Н-тройников имеют полуволновую электрическую длину. Внешний диаметр d1 газоразрядной трубки составляет d1≈λ/6, а ее внутренний диаметр d2 составляет d2≈λ/10. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Управляемый ступенчатый аттенюатор // 2517248

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к управляемым ступенчатым аттенюаторам. Технический результат - управление аттенюатором одним сигналом управления, приходящим одновременно на все диоды, при сохранении низких потерь пропускания и одинаковой ФЧХ в «прямом» и «обходном» пути. Управляемый ступенчатый аттенюатор, вход и выход которого образованы параллельным соединением двух отрезков линии передачи, один из которых выполнен в виде трех последовательно соединенных четвертьволновых отрезков линии, шунтированных в точках соединения диодами, включенными по постоянному току в одной полярности на расстоянии четверти длины волны по отношению к входу и выходу, к свободным электродам, которых подключены четвертьволновые отрезки линии, второй отрезок линии передачи содержит блок ослабления сигнала, включенный на одинаковом расстоянии от входа и выхода, при этом второй отрезок линии передачи шунтирован диодами, включенными в одной полярности, на расстоянии четверти длины волны от входа и выхода через четвертьволновые отрезки линии, причем свободные электроды диодов, шунтирующих второй отрезок, заземлены, при этом все диоды аттенюатора включены по постоянному току в одной полярности. 1 ил.

Волноводный фильтр верхних частот // 2517397

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано в волноводных трактах высокой мощности в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн. Технический результат - обеспечение грубого измерения частоты мощного микроволнового излучения СВЧ-приборов и подавления внеполосных и паразитных колебаний. Фильтр представляет из себя отрезок прямоугольного волновода с фланцами и со встроенными в обе узкие стенки волновода и в одну из широких стенок волновода диафрагмами заданной высоты; в прорезанную неизлучающую щель на противоположной широкой стенке волновода встроена механически перестраиваемая по глубине погружения диафрагма, предназначенная для изменения частоты среза фильтра. 3 ил.