RU2066505C1

RU2066505C1 - Microwave phase shifter

Info

Publication number: RU2066505C1
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Шустов; Н.П. Милевский; О.В. Треховицкий; Г.И. Романов; А.Н. Пузаков; Н.А. Айтхожин; Р.Р. Свидерский
Original assignee: Научно-исследовательский институт "Домен"
Priority date: 1989-01-10
Filing date: 1989-01-10
Publication date: 1996-09-10

Abstract

FIELD: microwave antenna and feeder devices. SUBSTANCE: device has piece of round waveguide where ferrite toroid with control conductor is located. Side terminals of control conductor are designed as spiral. Invention specifies selection of diameter and turn distance for this spiral. EFFECT: increased functional capabilities. 2 dwg

Description

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам и приборам техники СВЧ. The invention relates to antenna-feeder devices and devices of microwave technology.

Целью изобретения является увеличение полосы рабочих частот, уменьшение потерь и КСВ при всеполяризационном приеме СВЧ сигнала. The aim of the invention is to increase the band of operating frequencies, reduce losses and SWR during all-polarization reception of a microwave signal.

Поставленная цель достигается тем, что в конструкции СВЧ фазовращателя использован отрезок круглого волновода, а боковые выводы провода подмагничивания выполнены в виде спирали, причем диаметр d и шаг l спирали удовлетворяет соотношению d/λ <0,03 и l/λ <0,08, где l рабочая длина волны СВЧ сигнала. This goal is achieved by the fact that in the design of the microwave phase shifter a segment of a circular waveguide is used, and the side leads of the magnetization wire are made in the form of a spiral, with the diameter d and the pitch l of the spiral satisfying the ratio d / λ <0.03 and l / λ <0.08, where l is the working wavelength of the microwave signal.

На фиг. 1 изображен СВЧ фазовращатель. На фиг. 2 изображен вид с торцов. СВЧ фазовращатель содержит волновод 1 круглого сечения, ферритовый тороид 2, расположенный вдоль оси волновода и управляющий проводник, состоящий из центральной части 3, расположенной в центре тороида вдоль всей его длины и боковых выводов 4. In FIG. 1 shows a microwave phase shifter. In FIG. 2 shows an end view. The microwave phase shifter comprises a circular waveguide 1, a ferrite toroid 2 located along the axis of the waveguide and a control conductor consisting of a central part 3 located in the center of the toroid along its entire length and side leads 4.

Физический принцип, заложенный в основу работы фазовращателя, следующий. К выводам управляющего проводника подаются импульсы напряжения. От тока в его центральной части 3 возникает азимутальное магнитное поле, подмагничивающее ферритовый тороид 2. После прекращения действия импульса напряжения в ферритовом тороиде 2 сохраняется остаточное подмагничивание. The physical principle underlying the phase shifter is as follows. To the conclusions of the control conductor voltage pulses are applied. An azimuthal magnetic field arises from the current in its central part 3, magnetizing the ferrite toroid 2. After the termination of the voltage pulse in the ferrite toroid 2, the residual magnetization is preserved.

В зависимости от величины остаточного подмагничивания ферритового тороида 2 изменяется его электрическая длина и, следовательно, фаза распространяющейся по волноводу 1 электромагнитной волны (СВЧ сигнала). Depending on the magnitude of the remanent magnetization of the ferrite toroid 2, its electric length and, consequently, the phase of the electromagnetic wave propagating along waveguide 1 (microwave signal) changes.

Фазовращатель выполнен на базе круглого волновода, что обеспечивает независимость его параметров от ориентации вектора электрического поля, проходящего по волноводу СВЧ сигнала. The phase shifter is made on the basis of a circular waveguide, which ensures the independence of its parameters from the orientation of the vector of the electric field passing through the waveguide of the microwave signal.

Действительно, нижняя граница частотного диапазона определяется для круглого волновода формулой:
l_кр=3,413•R (1)
где λ_кр критическая длина волны для прямоугольного волновода,
R радиус волновода.Indeed, the lower boundary of the frequency range is determined for a circular waveguide by the formula:
l _cr = 3,413 • R (1)
where λ _cr critical wavelength for a rectangular waveguide,
R is the radius of the waveguide.

При изменении ориентации вектора электрического поля не наблюдается изменения рабочего диапазона при использовании круглого волновода. When the orientation of the vector of the electric field is changed, there is no change in the operating range when using a circular waveguide.

Как известно, рабочая полоса частот, потери и КСВ фазовращателя в большой степени зависит от боковых выводов 4 провода подмагничивания (фиг. 1). As you know, the working frequency band, loss and SWR of the phase shifter to a large extent depends on the lateral conclusions 4 of the magnetization wire (Fig. 1).

Авторами было обнаружено, что при выполнении боковых выводов в виде спирали, их влияние на параметры прибора при всеполяризационном приеме практически исчезают при выполнении соотношений d/λ <0,03 и l/λ <0,08, где d диаметр спирали, l шаг спирали, l рабочая длина волны фазовращателя. The authors found that when performing lateral conclusions in the form of a spiral, their effect on the parameters of the device during all-polarization reception practically disappears when the ratios d / λ <0.03 and l / λ <0.08, where d is the diameter of the spiral, l is the pitch of the spiral , l is the working wavelength of the phase shifter.

Боковые выводы предлагаемой конструкции могут быть сориентированы произвольно относительно вектора Е (фиг. 2). Параметры фазовращателя (уровень вносимых потерь, КСВ и полоса частот) при изменении ориентации вектора Е не ухудшаются. The lateral conclusions of the proposed design can be arbitrarily oriented relative to the vector E (Fig. 2). The phase shifter parameters (insertion loss level, SWR and frequency band) do not deteriorate when the orientation of the vector E is changed.

Таким образом, фазовращатель способен работать как при линейно поляризованном сигнале при любой ориентации вектора Е, так и при круговой поляризации, проходящей через фазовращатель волны, т. е. обеспечивает всеполяризационный прием и передачу электромагнитной волны. Thus, the phase shifter is capable of operating both with a linearly polarized signal with any orientation of the vector E, and with circular polarization passing through the wave phase shifter, i.e., it provides all-polarized reception and transmission of the electromagnetic wave.

В таблице 1 приведены результаты измерения зависимости потерь КСВ и рабочей полосы частот от отношения d/λ, в таблице 2 те же параметры в зависимости от отношения l/λ.. Table 1 shows the results of measuring the dependence of the loss of SWR and the working frequency band on the d / λ ratio, in table 2 the same parameters depending on the l / λ ratio ..

Из табл. 1, 2 видно, что при отношениях d/λ и l/λ не превышающих значения 0,03 и 0,8 параметры a и В КСВ достигают своего минимального значения и практически не зависят от дальнейшего уменьшения отношений d/λ и l/λ. From the table. 1, 2, it can be seen that for d / λ and l / λ ratios not exceeding 0.03 and 0.8, the a and B SWR parameters reach their minimum value and are practically independent of a further decrease in the d / λ and l / λ ratios.

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

Экспериментальный образец фазовращателя был выполнен на базе круглого волновода, ⌀ 25 мм, заполненного ферритовыми кольцами из феррита марки 10Сч20 o 25 x o 13,5 х 10 мм, образующими в совокупности ферритовый тороид длиной 250 мм. Для управления фазой СВЧ сигнала и конструкции используются два провода подмагничивания. Один для набора фазы, другой является проводом сбора фазы. Боковые выводы проводов выполнены в виде спирали диаметром d 2 мм и шагом l 0,6 мм. Управляющие проводники были выполнены из провода марки ПЭВ-1 o 0,4 мм. В качестве материала тороида был использован феррогранат иттрийгадолиниевой системы марки 10Сч20 (остаточная намагниченность Вч 400 Гс, коэрцитивная сила Н_c 0,5-0,7 Э).The experimental sample of the phase shifter was made on the basis of a circular waveguide, ⌀ 25 mm, filled with ferrite rings made of ferrite of grade 10Sch20 o 25 xo 13.5 x 10 mm, which together form a 250 mm long ferrite toroid. To control the phase of the microwave signal and the design, two bias wires are used. One is for phase collection, the other is a phase collection wire. The side leads of the wires are made in the form of a spiral with a diameter of d 2 mm and a pitch of l 0.6 mm. The control conductors were made of PEV-1 brand wire o 0.4 mm. As a toroid material, a ferrogarnet of yttrium-gadolinium system of the 10Sch20 grade was used (residual magnetization Vc 400 G, coercive force H _c 0.5-0.7 Oe).

Фазовращатель имел следующие параметры:
вносимые потери α, дБ ≅ 0,8
коэффициент стоячей волны, КСВ ≅ 1,25
управляемый фазовый сдвиг v упр. эл. град. 440
время переключения t, мкс ≅ 10.The phase shifter had the following parameters:
insertion loss α, dB ≅ 0.8
standing wave coefficient, SWR ≅ 1.25
controlled phase shift v control email hail. 440
switching time t, μs ≅ 10.

Claims

Microwave phase shifter containing a segment of a circular waveguide along the axis of which there is a ferrite toroid and a control conductor with side leads, characterized in that, in order to increase the operating frequency band, reduce losses and SWR, the side leads of the control conductor are made in the form of a spiral, diameter d and step l of which d / λ <0.03 and l / λ <0.08 are respectively selected
where λ is the working wavelength.