RU106045U1

RU106045U1 - MICROFERITE MULTIFUNCTIONAL DEVICE

Info

Publication number: RU106045U1
Application number: RU2010150735/07U
Authority: RU
Inventors: Олег Васильевич Треховицкий; Николай Павлович Милевский; Владимир Владимирович Федоров; Андрей Васильевич Беликов; Татьяна Викторовна Володина; Юрий Николаевич Елизаров; Геннадий Иванович Романов; Валерий Павлович Рыжиков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Феррит-Домен"
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2011-06-27

Abstract

СВЧ-ферритовый многофункциональный прибор, содержащий волновод в виде металлизированного феррит-диэлектрического стержня круглого или квадратного сечения, входной согласователь с линейным фильтром, выходной согласователь, двухмодовый фазовращатель на входной части феррит-диэлектрического стержня, невзаимный преобразователь поляризации на выходной части феррит-диэлектрического стержня, отличающийся тем, что содержит центральный элемент, включающий управляемую фарадеевскую секцию, поляризационный фильтр в виде диэлектрического волновода с резистивным слоем и диэлектрическую вставку с резистивным слоем как части феррит-диэлектрического волновода, при этом вход диэлектрического волновода подключен к выходу фарадеевского вращателя плоскости поляризации, а его выход - к входу невзаимного преобразователя поляризации. A microwave ferrite multifunctional device containing a waveguide in the form of a metallized ferrite-dielectric rod of circular or square cross section, an input matching with a linear filter, an output matching, a two-mode phase shifter at the input of a ferrite-dielectric rod, a nonreciprocal polarization converter at the output of a ferrite-dielectric rod, characterized in that it contains a central element including a controlled Faraday section, a polarizing filter in the form of a dielectric a waveguide with a resistive layer and a dielectric insert with a resistive layer as part of a ferrite-dielectric waveguide, while the input of the dielectric waveguide is connected to the output of the Faraday polarization plane rotator, and its output is connected to the input of a nonreciprocal polarization converter.

Description

Заявляемая полезная модель относится к антенно-фидерным устройствам и приборам техники СВЧ и может найти применение в радиотехнических схемах СВЧ диапазона и, в частности, в РЛС с ФАР широкого применения.The inventive utility model relates to antenna-feeder devices and devices of microwave technology and can find application in radio circuits of the microwave range and, in particular, in radars with HEADLIGHTS of widespread use.

Известны СВЧ ферритовые приборы, выполняющие многофункциональные функции в процессе их эксплуатации в аппаратуре. Такие приборы перспективны при создании быстродействующих приемо-передающих ФАР РЛС, СВЧ систем доплеровского типа, измерительной техники СВЧ диапазона, см., например,: 1. Патент US №3938158 H01Q 013/02; Н01Р 001/17; Н01Р 001/40. Antenna Element for Circular or Linear Polarization. / Birch, et al./ 2. Патент US 4443800 H01Q 003/36. Polarization Control Element for Phased Array Antennas / Stanley Gaglione. / 3. Мамонов А.И. Ферритовая волноводная секция с квадрупольным магнитным полем и ее применение в управляемых СВЧ-устройствах. Антенны. Выпуск 2 (93), 2005. с.76-79. 4. свидетельство на полезную модель РФ №27269 Н01Р 1/16; Н01Q 21/00. Преобразователь поляризации радиоволн (его варианты) и волноводно-стержневой антенный элемент с управляемой поляризацией для фазированной антенной решетки (его варианты) / Афанасьев Ю.Н. и др. / 5. Патент РФ № С2 2249281 Н01Q 21/24. Н01Р 1/175. Н01Р 1/19. Антенный элемент фазированной антенной решетки. / Колесников В.Л./Microwave ferrite devices are known that perform multifunctional functions during their operation in the apparatus. Such devices are promising when creating high-speed transceiver headlights for radar, microwave systems of the Doppler type, microwave measuring equipment, see, for example: 1. US patent No. 3938158 H01Q 013/02; H01P 001/17; H01P 001/40. Antenna Element for Circular or Linear Polarization. / Birch, et al ./ 2. US Pat. No. 4,443,800 H01Q 003/36. Polarization Control Element for Phased Array Antennas / Stanley Gaglione. / 3. Mamonov A.I. Ferrite waveguide section with a quadrupole magnetic field and its application in controlled microwave devices. Antennas Issue 2 (93), 2005.S. 76-79. 4. certificate for a utility model of the Russian Federation No. 27269 Н01Р 1/16; H01Q 21/00. Radio wave polarization converter (its variants) and a guided-polarized waveguide-rod antenna element for a phased antenna array (its variants) / Afanasyev Yu.N. et al. / 5. RF Patent No. C2 2249281 H01Q 21/24. H01P 1/175. H01P 1/19. Antenna element of a phased array antenna. / Kolesnikov V.L. /

Известен многофункциональный СВЧ прибор [СВЧ ферритовый фазовращатель, свидетельство на полезную модель №29409, выдано 10.05.2003 г.]. Указанный прибор является наиболее близким к предлагаемой полезной модели и выбран в качестве прототипа. Прибор-прототип имеет линию передачи СВЧ сигнала в виде феррит-диэлектрического стержня круглого или квадратного сечения. Боковая поверхность стержня металлизирована для предания линии передачи свойств волновода с полным феррит-диэлектрическим заполнением (Ф/Д волновод). Вход и выход указанного волновода через согласующие элементы (согласователи) подключены к линиям передачи, подводящим и отводящим СВЧ сигнал. Входная часть волновода использована, как основа СВЧ ферритового фазовращателя, а выходная часть, как основа СВЧ ферритового преобразователя поляризации. Прибор-прототип работает следующим образом:Known multifunctional microwave device [microwave ferrite phase shifter, certificate for utility model No. 29409, issued May 10, 2003]. The specified device is the closest to the proposed utility model and is selected as a prototype. The prototype device has a microwave signal transmission line in the form of a ferrite-dielectric rod of circular or square cross-section. The lateral surface of the rod is metallized to convey the transmission line of the properties of a waveguide with full ferrite-dielectric filling (F / D waveguide). The input and output of the specified waveguide through the matching elements (coordinators) are connected to transmission lines supplying and discharging a microwave signal. The input part of the waveguide is used as the basis of the microwave ferrite phase shifter, and the output part is used as the basis of the microwave ferrite polarization converter. The prototype device works as follows:

СВЧ сигнал линейной поляризации через входной согласователь поступает на вход СВЧ взаимного ферритового фазовращателя, состоящего из двух невзаимных преобразователей поляризации на квадрупольной магнитной системе и одной фарадеевской секции, т.е. секции с продольно намагниченным ферритом.The linear polarization microwave signal through the input matcher is fed to the input of the microwave mutual ferrite phase shifter, which consists of two nonreciprocal polarization converters on a quadrupole magnetic system and one Faraday section, i.e. sections with longitudinally magnetized ferrite.

Пройдя входной невзаимный преобразователь поляризации, сигнал уже круговой поляризации поступает в фарадеевскую секцию и обретает необходимый фазовый сдвиг.Having passed the input nonreciprocal polarization converter, the signal of circular polarization already enters the Faraday section and acquires the necessary phase shift.

После прохождения выходного преобразователя поляризации сигнал с необходимым фазовым сдвигом вновь обретает линейную поляризацию такой же ориентации, как и сигнал на входе фазовращателя.After passing the output polarization converter, the signal with the necessary phase shift regains linear polarization in the same orientation as the signal at the input of the phase shifter.

Затем через диэлектрическую вставку в Ф/Д волноводе, содержащую поляризационный фильтр в виде резистивного слоя, для подавления паразитной ортогональной поляризации, сигнал поступает на вход управляемого преобразователя поляризации.Then, through a dielectric insert in the F / D waveguide containing a polarizing filter in the form of a resistive layer, to suppress spurious orthogonal polarization, the signal is fed to the input of a controlled polarization converter.

При прохождении управляемого преобразователя поляризации в зависимости от величины тока в его катушке сигнал на выходе будет иметь 4 вида поляризации:When passing a controlled polarization converter, depending on the magnitude of the current in its coil, the output signal will have 4 types of polarization:

1. Линейную вертикальную (исходную).1. Linear vertical (source).

2. Линейную горизонтальную (ортогональную исходной).2. Linear horizontal (orthogonal to the original).

3. Круговую правого вращения (по часовой стрелке).3. Circular right rotation (clockwise).

4. Круговую левого вращения (против часовой стрелки).4. Circular left rotation (counterclockwise).

Однако к современным элементам ФАР предъявлено новое требование - обеспечить возможность изменения амплитуды СВЧ сигнала, т.е. обеспечить в раскрыве решетки заданное амплитудное распределение, что особенно важно для цифровой обработки сигнала в приемнике, так называемых, адаптивных РЛС. В свете указанного требования антенный элемент ФАР должен дополнительно обладать свойствами аттенюатора. Многофункциональный прибор-прототип этим свойством не обладает.However, a new requirement is presented to modern PAR elements - to ensure the possibility of changing the amplitude of the microwave signal, provide a predetermined amplitude distribution in the aperture of the grating, which is especially important for digital signal processing in the receiver, the so-called adaptive radar. In light of this requirement, the antenna element of the PAR should additionally have the properties of an attenuator. A multifunctional prototype device does not have this property.

Целью заявленной полезной модели является достижение дополнительного свойства, отсутствующего у прототипа, а именно изменение амплитуды СВЧ сигнала при сохранении функций управления его фазой и поляризацией.The purpose of the claimed utility model is to achieve an additional property that is absent from the prototype, namely, changing the amplitude of the microwave signal while maintaining the control functions of its phase and polarization.

Задача решается путем встраивания в СВЧ ферритовый многофункциональный прибор, содержащего волновод в виде металлизированного феррит-диэлектрического стержня круглого или квадратного сечения, входной согласователь с линейным фильтром, выходной согласователь, двухмодовый фазовращатель на входной части стержня, центрального элемента, включающего управляемую фарадеевскую секцию, поляризационный фильтр в виде диэлектрического волновода с резистивным слоем и диэлектрическую вставку с резистивным слоем, как части феррит-диэлектрического волновода, при этом вход диэлектрического волновода подключен к выходу фарадеевского вращателя плоскости поляризации, а его выход к входу невзаимного преобразователя поляризации.The problem is solved by embedding in a microwave ferrite multifunctional device containing a waveguide in the form of a metallized ferrite-dielectric rod of circular or square cross section, an input matching with a linear filter, an output matching, a two-mode phase shifter at the input of the core, a central element including a controlled Faraday section, a polarizing filter in the form of a dielectric waveguide with a resistive layer and a dielectric insert with a resistive layer, as part of a ferrite-dielectric nth waveguide, while the input of the dielectric waveguide is connected to the output of the Faraday rotator of the plane of polarization, and its output to the input of a nonreciprocal polarization converter.

На фиг.1А, 1Б изображен эскиз СВЧ ферритового многофункционального прибора.On figa, 1B depicts a sketch of a microwave ferrite multifunction device.

СВЧ ферритовый многофункциональный прибор содержит:Microwave ferrite multifunction device contains:

Ф/Д волновод 1 (Фиг.1Б) в виде металлизированного по боковой поверхности Ф/Д стержня круглого или квадратного сечения. Согласующие элементы: входной 2 и выходной 3 (Фиг.1А), при этом входной согласователь выполнен разрезным и на поверхность разреза нанесен резистивный слой 4 для обеспечения функции фильтрации ортогонально поляризованной составляющей, СВЧ ферритовый фазовращатель 5, аттенюатор 6, содержащий управляемую фарадеевскую секцию 7 для поворота плоскости поляризации СВЧ сигнала, поляризационный фильтр 8 с резистивным слоем 9 для подавления ортогональной поляризации СВЧ сигнала и часть Ф/Д волновода в виде диэлектрической вставки 10 с резистивным слоем 11, переключатель поляризации 12, содержащий управляемую фарадеевскую секцию 13 для поворота плоскости поляризации СВЧ сигнала, преобразователь поляризации 14 на статической квадрупольной магнитной системе, между фарадеевской секцией 13 и преобразователем поляризации 14 имеется диэлектрическая вставка 15 в Ф/Д волноводе 1, обеспечивающая, как и вставка 10, функцию развязки от взаимного влияния по магнитным полям только теперь между фарадеевской секцией 13 и преобразователем поляризации 14.Ф / Д waveguide 1 (Fig. 1B) in the form of a rod of circular or square cross section metallized along the lateral surface of the Ф / Д. Matching elements: input 2 and output 3 (Fig. 1A), while the input coordinator is made split and a resistive layer 4 is applied to the cut surface to provide the filtering function of the orthogonally polarized component, a microwave ferrite phase shifter 5, attenuator 6, containing a controlled Faraday section 7 for rotation of the plane of polarization of the microwave signal, a polarization filter 8 with a resistive layer 9 to suppress the orthogonal polarization of the microwave signal and part of the f / d waveguide in the form of a dielectric insert 10 with a resistive layer I have 11, a polarization switch 12, containing a controlled Faraday section 13 for rotating the plane of polarization of the microwave signal, a polarization converter 14 on a static quadrupole magnetic system, between the Faraday section 13 and the polarization converter 14 there is a dielectric insert 15 in the f / d waveguide 1, which provides, as and insert 10, the decoupling function from the mutual influence of the magnetic fields only now between the Faraday section 13 and the polarization converter 14.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Подаваемый на вход прибора СВЧ сигнал линейно поляризованный в вертикальной плоскости (исходная поляризация) через согласователь 2 поступает на вход ферритового фазовращателя 5. Пройдя фазовращатель 5, сигнал обретает необходимый фазовый сдвиг и сохраняет исходную поляризацию. До поступления на вход СВЧ ферритового аттенюатора 6 сигнал проходит диэлектрическую вставку 10 в Ф/Д волноводе 1. Диэлектрическая вставка 10 выполняет функцию развязки от взаимного влияния по магнитным полям между фазовращателем 5 и аттенюатором 6, а также функцию фильтрации (подавления) паразитной составляющей сигнала с поляризацией, ортогональной к исходной. В СВЧ ферритовом аттенюаторе 6 сигнал вначале проходит фарадеевскую секцию 7, в которой в зависимости от тока в катушке подмагничивания происходит поворот плоскости поляризации, т.е. после прохождения фарадеевской секции 7 СВЧ сигнал будет иметь две составляющие поляризации: вертикальную (исходную) и ортогональную исходной. Проходя далее поляризационный фильтр 8, СВЧ сигнал теряет часть своей мощности, т.к. ортогональная поляризация поглощается в резистивном слое 9 фильтра 8. После аттенюатора СВЧ сигнал поступает на вход фарадеевской секции 13 переключателя поляризации 12. При изменении величины тока подмагничивания в катушке фарадеевской секции 13 происходит поворот плоскости поляризации СВЧ сигнала. Подбором величины тока достигаются необходимые углы поворота плоскости поляризации, при которых обеспечиваются требуемые поляризации выходного СВЧ сигнала, проходящего через преобразователь поляризации 14.The microwave signal supplied to the input of the device is linearly polarized in the vertical plane (initial polarization) through the coordinator 2 and is fed to the input of the ferrite phase shifter 5. After passing the phase shifter 5, the signal acquires the necessary phase shift and retains the original polarization. Before the ferrite attenuator 6 arrives at the microwave input, the signal passes through the dielectric insert 10 in the F / D waveguide 1. The dielectric insert 10 performs the function of decoupling from the mutual influence of the magnetic fields between the phase shifter 5 and the attenuator 6, as well as the filtering (suppression) function of the parasitic signal component with polarization orthogonal to the original. In the microwave ferrite attenuator 6, the signal first passes through the Faraday section 7, in which, depending on the current in the magnetization coil, the polarization plane rotates, i.e. after passing through the Faraday section 7, the microwave signal will have two polarization components: vertical (original) and orthogonal to the original. Passing further the polarization filter 8, the microwave signal loses part of its power, because orthogonal polarization is absorbed in the resistive layer 9 of the filter 8. After the attenuator, the microwave signal is fed to the input of the Faraday section 13 of the polarization switch 12. When the magnitude of the bias current in the coil of the Faraday section 13 changes, the plane of polarization of the microwave signal rotates. By selecting the magnitude of the current, the necessary angles of rotation of the plane of polarization are achieved, at which the required polarization of the output microwave signal passing through the polarization converter 14 is provided.

Техническая реализуемость полезной модели была подтверждена фактом изготовления 6 макетных образцов прибора, работающих в 2-х, 3-х и 4 х сантиметровом диапазоне длин волн.The technical feasibility of the utility model was confirmed by the fact of manufacturing 6 prototype models of the device operating in the 2, 3 and 4 centimeter wavelength ranges.

Основные технические характеристики макетных образцов прибора следующие:The main technical characteristics of the prototype devices are as follows:

Полоса рабочих частот, %Band of working frequencies,% 7,7, Управляемый фазовый сдвиг, эл. град.Controlled Phase Shift hail. 0-400,0-400, Диапазон изменения поглощения, дБRange of variation of absorption, dB 3-10,3-10, Поляризация СВЧ сигналаMicrowave polarization линейная вертикальнаяlinear vertical линейная горизонтальнаяlinear horizontal круговая праваяcircular right круговая леваяcircular left Подавление кросс поляризации, дБCross polarization suppression, dB 20twenty КСВнVSWR 1,2-1,51.2-1.5

Claims

A microwave ferrite multifunctional device containing a waveguide in the form of a metallized ferrite-dielectric rod of circular or square cross section, an input matching with a linear filter, an output matching, a two-mode phase shifter at the input of a ferrite-dielectric rod, a nonreciprocal polarization converter at the output of a ferrite-dielectric rod, characterized in that it contains a central element including a controlled Faraday section, a polarizing filter in the form of a dielectric a waveguide with a resistive layer and a dielectric insert with a resistive layer as part of a ferrite-dielectric waveguide, while the input of the dielectric waveguide is connected to the output of the Faraday polarization plane rotator, and its output is connected to the input of a nonreciprocal polarization converter.