RU2046465C1

RU2046465C1 - S h f polarization change-over switch

Info

Publication number: RU2046465C1
Application number: RU92005744A
Authority: RU
Inventors: Ю.Н. Елизаров; Н.П. Милевский; О.В. Треховицкий; В.В. Филатов
Original assignee: Научно-исследовательский институт "Домен"; Акционерное общество закрытого типа "Компания "Аргус"
Priority date: 1992-10-29
Filing date: 1992-10-29
Publication date: 1995-10-20

Abstract

FIELD: television equipment. SUBSTANCE: ferrite section is manufactured in the form of compound shell-type core which outer wall has clearance overlapped by magnetically soft ring core with side wall of variable thickness which can rotate around it. In agreement with second version for pulse method of control ferrite section is produced in the form of compound shell-type core which outer wall has variable thickness, is fabricated from material with rectangular hysteresis loop and can rotate around central pole. EFFECT: expanded application field. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к СВЧ-ферритовой технике и может быть использовано в аппаратуре приема телевизионного сигнала, ретранслируемого со спутника. The invention relates to microwave ferrite technology and can be used in apparatus for receiving a television signal relayed from a satellite.

Известны конструкции СВЧ-ферритовых переключателей поляризации, осуществляющие селекцию СВЧ-сигналов различной поляризации. Они содержат отрезки круглого входного и прямоугольного выходного волноводов, ферритовую секцию, соленоид для продольного подмагничивания ферритового элемента. There are known designs of microwave ferrite polarization switches that select microwave signals of different polarization. They contain segments of a circular input and rectangular output waveguides, a ferrite section, a solenoid for the longitudinal magnetization of a ferrite element.

В качестве прототипа выбрана конструкция, описанная в 1. As a prototype, the design described in 1 is selected.

Работа приборов основана на принципе Фарадеевского вращения плоскости поляризации СВЧ сигнала, распространяющегося в продольно намагниченной ферритовой среде. The operation of the devices is based on the principle of the Faraday rotation of the plane of polarization of a microwave signal propagating in a longitudinally magnetized ferrite medium.

СВЧ-ферритовый переключатель поляризации осуществляет прием линейно поляризованного сигнала, имеющего угловое отклонение от плоскости поляризации сигнала на выходе поляризатора. Для ликвидации указанного углового отклонения к ферритовому стержню прикладывается продольное магнитное поле. Кроме того, переключатель поляризации осуществляет подавление ортогонально поляризованного СВЧ-сигнала. При переключении прибора на другое заранее подобранное значение тока происходит прием ранее подавленного сигнала и одновременно подавление ранее принимаемого сигнала. A microwave ferrite polarization switch receives a linearly polarized signal having an angular deviation from the plane of polarization of the signal at the output of the polarizer. To eliminate the indicated angular deviation, a longitudinal magnetic field is applied to the ferrite core. In addition, the polarization switch suppresses the orthogonally polarized microwave signal. When the device switches to another pre-selected current value, a previously suppressed signal is received and simultaneously a previously received signal is suppressed.

Недостатком известных приборов является высокий уровень энергозатрат на подмагничивание ферритового элемента. Это обусловлено тем, что ферритовый элемент выполнен в виде круглого стержня с соотношением длины l к диаметру р не более 4. При таком соотношении l/р для достижения необходимого внутреннего поля требуется высокое значение внешнего поля, а следовательно, ампер-витков. A disadvantage of the known devices is the high level of energy consumption for the magnetization of a ferrite element. This is due to the fact that the ferrite element is made in the form of a round rod with a ratio of length l to diameter p of no more than 4. With this ratio l / p, a high value of the external field, and therefore ampere turns, is required to achieve the required internal field.

Цель снижение уровня энергозатрат на управление (подмагничивание) СВЧ-переключателем поляризации. The goal is to reduce the level of energy consumption for controlling (magnetizing) the microwave polarization switch.

Технический результат заключается в снижении размагничивающего фактора N, что приводит к снижению ампер-витков подмагничивающего соленоида. The technical result consists in reducing the demagnetizing factor N, which leads to a decrease in the ampere turns of the magnetizing solenoid.

Снижение величины размагничивающего фактора осуществлено путем выполнения ферритовой секции в виде составного броневого сердечника. The decrease in the magnitude of the demagnetizing factor is carried out by performing a ferrite section in the form of a composite armor core.

При непрерывном способе управления (без остаточного магнитного состояния) поляризатором в наружной стенке броневого сердечника выполнен зазор, который перекрыт магнитомягким кольцевым сердечником с переменной толщиной боковой стенки и возможностью вращения вокруг него. With a continuous control method (without a residual magnetic state), a gap is made in the outer wall of the armored core with a polarizer, which is covered by a soft magnetic ring core with a variable thickness of the side wall and the possibility of rotation around it.

При импульсном способе управления (переключения) составной броневой сердечник должен иметь минимальный (близкий к 0) размагничивающий фактор и максимально возможное остаточное магнитное состояние (коэффициент прямоугольности К_пр ≥ 0,85). В этом случае наружная стенка броневого сердечника имеет переменную толщину и выполнена из материала с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ) и возможностью вращения вокруг центрального полюса.With a pulsed control (switching) method, the composite armor core should have a minimum (close to 0) demagnetizing factor and the maximum possible residual magnetic state (squareness coefficient K _pr ≥ 0.85). In this case, the outer wall of the armored core has a variable thickness and is made of material with a rectangular hysteresis loop (PPG) and the possibility of rotation around the central pole.

Предложенные варианты технических решений направлены на устранение возникающих искажений азимутальной симметрии подмагничивания СВЧ-ферритового стержня при размещении на нем внешнего магнитопровода. The proposed technical solutions are aimed at eliminating the resulting distortions of the azimuthal symmetry of the magnetization of the microwave ferrite rod when an external magnetic circuit is placed on it.

На фиг. 1 и 2 приведены два варианта конструкций СВЧ-ферритового переключателя поляризации. In FIG. Figures 1 and 2 show two designs of a microwave ferrite polarization switch.

СВЧ-ферритовый переключатель поляризации по первому варианту (см. фиг. 1) содержит отрезок входного 1 и выходного 2 волноводов, ферритовую секцию 3. Ферритовая секция 3 выполнена в виде составного броневого сердечника с центральным полюсом (стержнем) 4 из СВЧ-ферритового материала и наружной стенкой 5 с зазором. Зазор перекрыт магнитомягким кольцевым сердечником 6 с переменной толщиной боковой стенки. Для подмагничивания используют соленоид 7. The microwave ferrite polarization switch according to the first embodiment (see Fig. 1) contains a segment of the input 1 and output 2 waveguides, a ferrite section 3. The ferrite section 3 is made in the form of a composite armor core with a central pole (rod) 4 of microwave ferrite material and outer wall 5 with a gap. The gap is overlapped by a soft magnetic ring core 6 with a variable thickness of the side wall. For magnetization use a solenoid 7.

СВЧ-ферритовый переключатель поляризации по второму варианту (см. фиг. 2) содержит отрезок входного 1 и выходного 2 волноводов, ферритовую секцию 3. Ферритовая секция 3 выполнена в виде составного броневого сердечника с центральным полюсом (стержнем) 4 из СВЧ-ферритового материала и наружной стенкой 5. Наружная стенка имеет переменную толщину и выполнена из ферритового материала с прямоугольной петлей гистерезиса. Конструкция содержит соленоид подмагничивания 7. The microwave ferrite polarization switch according to the second embodiment (see Fig. 2) contains a segment of the input 1 and output 2 waveguides, a ferrite section 3. The ferrite section 3 is made in the form of a composite armor core with a central pole (rod) 4 of microwave ferrite material, and outer wall 5. The outer wall has a variable thickness and is made of ferrite material with a rectangular hysteresis loop. The design contains a bias solenoid 7.

Работает переключатель поляризации следующим образом. The polarization switch operates as follows.

СВЧ-сигнал линейной поляризации поступает на вход цилиндрического входного волновода 1. Плоскость поляризации сигнала составляет угол θ с плоскостью поляризации выходного СВЧ-сигнала. Компенсация угла θ осуществляется ферритовой секцией 3 с СВЧ-стержнем 4, продольное подмагничивание которого обеспечивает соленоид 7. Величина подмагничивающего тока выбирается из условия достижения в ферритовом СВЧ-стержне 4 внутреннего поля, при котором угол поворота плоскости поляризации равен θ
Энергозатраты на подмагничивание ферритового СВЧ-стержня 4 в значительной степени зависят от размагничивающего фактора N. Классический способ снижения размагничивающего фактора это попытаться замкнуть магнитный поток в СВЧ-стержне 4 внешним магнитопроводом. Однако тривиальное размещение внешнего магнитопровода нарушает азимутальную симметрию подмагничивания СВЧ-ферритового стержня 4, вследствие чего ухудшаются параметры (потери, КСВ_н, развязки) переключателя поляризации. Нарушение симметрии подмагничивания СВЧ-стержня 4 возникает из-за неоднородности зазора между ним и внешним магнитопроводом 5. Различная толщина зазора по периметру стержня приводит к тому, что магнитное сопротивление контакта между ним и внешним магнитопроводом также является различным (переменным). Магнитный поток, растекающийся из СВЧ-стержня 4 к внешнему магнитопроводу 5 зависит от магнитного сопротивления контакта и, следовательно, будет отслеживать его распределение по периметру стержня.The linear linear microwave signal is fed to the input of the cylindrical input waveguide 1. The plane of signal polarization is angle θ with the plane of polarization of the output microwave signal. The angle θ is compensated by a ferrite section 3 with a microwave rod 4, the longitudinal magnetization of which is provided by the solenoid 7. The magnitude of the magnetizing current is selected from the condition that the internal field in the ferrite microwave rod 4 is reached at which the angle of rotation of the plane of polarization is θ
The energy consumption for magnetizing a ferrite microwave rod 4 is largely dependent on the demagnetizing factor N. A classic way to reduce the demagnetizing factor is to try to close the magnetic flux in the microwave rod 4 with an external magnetic circuit. However, the trivial placement of the external magnetic circuit breaks the azimuthal symmetry of the magnetization of the microwave ferrite rod 4, as a result of which the parameters (loss, SWR _n , isolation) of the polarization switch are degraded. The violation of the symmetry of the magnetization of the microwave rod 4 occurs due to the heterogeneity of the gap between it and the external magnetic circuit 5. The different thickness of the gap around the perimeter of the rod leads to the fact that the magnetic resistance of the contact between it and the external magnetic circuit is also different (variable). The magnetic flux spreading from the microwave rod 4 to the external magnetic circuit 5 depends on the magnetic resistance of the contact and, therefore, will track its distribution around the perimeter of the rod.

При непрерывном способе управления поляризатором (см. фиг. 1) для компенсации паразитного влияния неоднородности зазоров предлагается ввести азимутально неоднородное магнитное сопротивление в виде кольцевого магнитомягкого сердечника 6, который надет с возможностью вращения на наружную стенку 5 (внешний магнитопровод) и перекрывает в ней искусственно введенный зазор. Для обеспечения неоднородности магнитного сопротивления внешнего магнитопровода толщина боковой стенки кольцевого сердечника 6 выполнена переменной. With a continuous method of controlling the polarizer (see Fig. 1), to compensate for the parasitic effect of the heterogeneity of the gaps, it is proposed to introduce an azimuthally inhomogeneous magnetic resistance in the form of an annular magnetically soft core 6, which is rotatably worn on the outer wall 5 (external magnetic circuit) and overlaps the artificially inserted gap. To ensure heterogeneity of the magnetic resistance of the external magnetic circuit, the thickness of the side wall of the annular core 6 is made variable.

При импульсном способе управления поляризатором (см. фиг. 2) наружную стенку 5 предлагается выполнить из материала с прямоугольной петлей гистерезиса. В этом варианте (см. фиг. 2) для компенсации паразитного влияния зазоров между ферритовым стержнем 4 и наружной стенкой 5 предлагается выполнить последнюю с возможностью вращения вокруг ферритового стержня 4 (на этапе настройки), причем ее толщина должна быть переменной. With a pulsed polarizer control method (see Fig. 2), the outer wall 5 is proposed to be made of a material with a rectangular hysteresis loop. In this embodiment (see Fig. 2), to compensate for the parasitic effect of the gaps between the ferrite rod 4 and the outer wall 5, it is proposed to perform the latter with the possibility of rotation around the ferrite rod 4 (at the setting stage), and its thickness should be variable.

Переключатель поляризации переключается на прием сигнала другой (ортогональной) поляризации при подаче в катушку подмагничивания тока 20 мА. Такая величина дает четырехкратный выигрыш по указанному параметру соответственно при сохранении других параметров (потери не более 0,2 дБ, развязка не менее 22 дБ, КСВ не более 1,25). The polarization switch is switched to receive a signal of another (orthogonal) polarization when a current of 20 mA is applied to the magnetization coil. This value gives a four-fold gain in the specified parameter, respectively, while maintaining other parameters (loss of not more than 0.2 dB, isolation of not less than 22 dB, SWR not more than 1.25).

Claims

1. Microwave polarization switch containing segments of a cylindrical input and rectangular output waveguides between which a ferrite section with a coil of longitudinal magnetization is installed, characterized in that the ferrite section is made in the form of a composite armor core with a central core of microwave ferrite material in the outer wall of the armored core, a gap is made over which an annular core of magnetically soft material is mounted with rotation to rotate around the central rod hydrochloric thickness along its perimeter.

2. Microwave polarization switch containing segments of a cylindrical input and rectangular output waveguides between which a ferrite section with a coil of longitudinal magnetization is installed, characterized in that the ferrite section is made in the form of a composite armor core with a central core of a microwave ferrite material and an outer wall of ferrite material with a rectangular hysteresis loop, while the outer wall is made with a variable perimeter thickness and is installed with the possibility of rotation around r central rod.