RU2184410C1

RU2184410C1 - Transceiver antenna of phased array

Info

Publication number: RU2184410C1
Application number: RU2001117344/09A
Authority: RU
Inventors: Ю.Н. Афанасьев; В.В. Жигарев; Л.Н. Захарьев; В.А. Кашин; В.М. Корецкий; А.А. Леманский; А.В. Липатов; Б.А. Павельев; В.Г. Феоктистов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" им. акад. А.А. Расплетина"
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2002-06-27

Abstract

FIELD: antenna engineering. SUBSTANCE: transceiver antenna has dielectric radiators whose lengths are chosen with a view of ensuring desired mechanical strength and stiffness of antenna assembly curtain, and phase shifter incorporating magnetizing winding inside magnetic core and cylindrical ferrite rod mounted inside magnetizing winding. Matching dielectric disks are fitted between ends of cylindrical ferrite rod and dielectric radiators; cylindrical ferrite rod, matching disks, and dielectric radiators are similar in diameter and are inserted in common section of metallized round waveguide. Each dielectric radiator bears on its surface tapered groove closed over circumference with metal coating deposited on its surface; loose ends of dielectric radiators are of conical or cylindrical shape. Two diametrically opposite longitudinal slits are made in walls of common section of metallized round waveguide abutting against cylindrical ferrite rod. Magnetic core is made in the form of two U-shaped clamps each incorporating longitudinal plate mounted above respective slit and shoes resting on surface of common metallized-waveguide section; bearing surface of shoes follows shape of common section circumference of metallized round waveguide and has slot in its top part along symmetry axis; bearing surfaces of shoes are ground to high degree of precision and tightly fitted to common section surface of metallized round waveguide. EFFECT: reduced loss of microwave energy. 9 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике, в частности к фазовращателям приемопередающих элементов, и может быть использовано в крупногабаритных проходных фазированных антенных решетках (ФАР) СВЧ-диапазона с электрическим сканированием луча. The invention relates to antenna technology, in particular to phase shifters of transceiver elements, and can be used in large-sized passage phased antenna arrays (PAR) of the microwave range with electric beam scanning.

Известен элемент отражательной ФАР, содержащий излучатель, выполненный в виде ферритового стержня, который концентрично охвачен проводящим экраном, выполненным в виде нескольких равномерно расположенных по цилиндрической поверхности неперекрывающихся продольных полосок из магнитного материала, вокруг каждой из которых намотан соленоид, причем продольные полоски соединены с одного конца с торцом ферритового стержня проводящей пластиной из магнитного материала, а с другого конца - с боковой поверхностью ферритового стержня при помощи перемычек из магнитного материала (Авторское свидетельство СССР 1106391, кл. Н 01Q 21/00, 1985). A known element of a reflective phased array containing a radiator made in the form of a ferrite rod, which is concentrically surrounded by a conductive screen made in the form of several non-overlapping longitudinal strips of magnetic material evenly spaced along a cylindrical surface, solenoid is wound around each of them, and longitudinal strips connected at one end with the end face of the ferrite rod with a conductive plate of magnetic material, and from the other end with the side surface of the ferrite rod with and jumpers made of magnetic material (USSR Author's Certificate 1106391, class N 01Q 21/00, 1985).

Описанный элемент обладает большими потерями СВЧ-энергии, обусловленными плохой согласованностью ферритового стержня с пространством из-за того, что диэлектрическая постоянная феррита находится в пределах 12-17, а также излучениями, возникающими в местах подсоединения магнитопроводов к поверхности ферритового стержня. Кроме того, в проводящих полосках возникают вихревые токи, следствием чего являются дополнительные потери управляющей энергии и уменьшение быстродействия. Недостатком данного элемента является и то, что, с целью устранения резонансов по высшим типам волн, использован ферритовый стержень уменьшенного диаметра для того, чтобы в нем могла распространяться только волна Н₁₁. Поэтому для получения заданного фазового сдвига он должен иметь большую длину, что ведет к увеличению потерь.The described element has large losses of microwave energy due to poor coordination of the ferrite rod with space due to the fact that the dielectric constant of the ferrite is in the range of 12-17, as well as radiation arising at the points of connection of the magnetic cores to the surface of the ferrite rod. In addition, eddy currents occur in the conductive strips, resulting in additional losses of control energy and a decrease in speed. The disadvantage of this element is that, in order to eliminate resonances from higher types of waves, a ferrite rod of reduced diameter was used so that only the H ₁₁ wave could propagate in it. Therefore, to obtain a given phase shift, it must have a large length, which leads to an increase in losses.

Наиболее близким к заявленному изобретению (его прототипом) является элемент ФАР, в котором снижение уровня СВЧ-потерь достигнуто за счет уменьшения рассеяния электромагнитной волны. Известный элемент ФАР содержит намагничивающую обмотку, диэлектрические излучатели, примыкающие к торцам цилиндрического ферритового стержня, аксиально которому расположены идентичные продольные полоски из магнитного непроводящего материала, концы каждой из которых соединены с боковой поверхностью цилиндрического ферритового стержня посредством первых перемычек из магнитного непроводящего материала. На каждом конце продольных полосок выполнены симметрично продольной оси прямоугольные вырезы, которые соединены с боковой поверхностью цилиндрического ферритового стержня посредством вторых перемычек, идентичных первым. Все перемычки выполнены в виде цилиндрических башмаков, площадь поперечного сечения каждого из которых выбрана равной 0,09λ²/ε, а расстояние между их идентичными боковыми поверхностями в направлении продольной оси цилиндрического ферритового стержня выбрано равным 0,25λ_c, где λ_c- средняя длина поверхностной волны, распространяющейся вдоль ферритового стержня, λ - средняя длина волны в свободном пространстве, ε - относительная диэлектрическая проницаемость материала башмака (Авторское свидетельство СССР 1688335, кл. Н 01Q 21/00, Н 01Р 1/19, 1991).Closest to the claimed invention (its prototype) is the PAR element, in which the decrease in the level of microwave losses is achieved by reducing the scattering of the electromagnetic wave. The known PAR element contains a magnetizing winding, dielectric emitters adjacent to the ends of the cylindrical ferrite rod, axially to which identical longitudinal strips of magnetic non-conductive material are located, the ends of each of which are connected to the side surface of the cylindrical ferrite rod through the first jumpers of magnetic non-conductive material. At each end of the longitudinal strips, rectangular cutouts are made symmetrically to the longitudinal axis, which are connected to the lateral surface of the cylindrical ferrite rod by means of second jumpers identical to the first. All jumpers are made in the form of cylindrical shoes, the cross-sectional area of each of which is chosen to be 0.09λ ² / ε, and the distance between their identical side surfaces in the direction of the longitudinal axis of the cylindrical ferrite core is chosen to be 0.25λ _c , where λ _c is the average length surface wave propagating along the ferrite core, λ is the average wavelength in free space, ε is the relative dielectric constant of the shoe material (USSR Author's Certificate 1688335, class N 01Q 21/00, N 01P 1/19, 1991).

Причинами, препятствующими достижению указанного ниже технического результата при использовании известного элемента ФАР, являются его малый продольный габаритный размер и то, что цилиндрический ферритовый стержень не имеет металлизированного покрытия. При использовании таких элементов в крупногабаритных проходных ФАР (с числом элементов, превышающим 1000 шт.) полотно антенной системы будет иметь малый размер в глубину и испытывать значительные по амплитуде колебания под действием ветровых нагрузок, действующих по нормали к его поверхности. Это приводит к нестабильности и существенному снижению точности работы ФАР. Если для устранения этого недостатка (путем увеличения толщины полотна антенной системы) применить удлиняющие волноводные отрезки, то в местах соединения поверхности цилиндрического ферритового стержня с концом металлизированного волноводного канала возникнут большие потери СВЧ-энергии. К этому же результату приведет и простое увеличение длины цилиндрического ферритового стержня. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known PAR element are its small longitudinal overall dimension and the fact that the cylindrical ferrite rod does not have a metallized coating. When using such elements in large-sized passage HEADLIGHTS (with the number of elements exceeding 1000 pcs.), The antenna system blade will have a small size in depth and experience significant amplitude fluctuations under the influence of wind loads acting normal to its surface. This leads to instability and a significant decrease in the accuracy of the PAR. If to eliminate this drawback (by increasing the thickness of the web of the antenna system), extending waveguide segments are used, then at the junction of the surface of a cylindrical ferrite rod with the end of a metallized waveguide channel, large losses of microwave energy will occur. A simple increase in the length of a cylindrical ferrite rod will lead to the same result.

Задачей настоящего изобретения является увеличение продольных габаритных размеров приемопередающих элементов ФАР без существенных потерь СВЧ-энергии в них, что позволяет обеспечить заданные стабильность и точность работы крупногабаритных ФАР независимо от ветровых и других нагрузок на полотно антенной системы, а также возможность размещения в нем устройств управления элементами ФАР и отвода тепла от них. The objective of the present invention is to increase the longitudinal dimensions of the transceiver elements of the PARS without significant loss of microwave energy in them, which allows you to provide the specified stability and accuracy of large-sized PARs, regardless of wind and other loads on the canvas of the antenna system, as well as the possibility of placing control devices in it HEADLIGHT and heat dissipation from them.

Указанный технический результат достигается тем, что приемопередающий элемент ФАР содержит диэлектрические излучатели и фазовращатель, состоящий из намагничивающей обмотки, расположенной внутри магнитопровода, и цилиндрического ферритового стержня, установленного внутри намагничивающей обмотки, при этом между торцами цилиндрического ферритового стержня и диэлектрических излучателей установлены согласующие диэлектрические шайбы, цилиндрический ферритовый стержень, согласующие шайбы и диэлектрические излучатели имеют одинаковый диаметр и заключены в общий отрезок металлизированного круглого волновода, на поверхности каждого из диэлектрических излучателей, находящейся за пределами общего отрезка металлизированного круглого волновода, выполнена конусообразная замкнутая по окружности канавка, на поверхность которой нанесено металлизированное покрытие, в стенках общего отрезка металлизированного круглого волновода, прилегающих к цилиндрическому ферритовому стержню, выполнены две продольные диаметрально расположенные прорези, магнитопровод выполнен в виде двух П-образных скоб, каждая из которых содержит продольную пластину, расположенную над соответствующей прорезью, и башмаки, опирающиеся на поверхность общего отрезка металлизированного круглого волновода, причем опорная поверхность башмаков выполнена по форме окружности общего отрезка металлизированного круглого волновода и имеет паз в ее верхней части по оси симметрии, внутренние поверхности башмаков отшлифованы с высоким классом точности и плотно прижаты к поверхности общего отрезка металлизированного круглого волновода. The specified technical result is achieved by the fact that the PAR-transmitter element contains dielectric emitters and a phase shifter, consisting of a magnetizing winding located inside the magnetic circuit, and a cylindrical ferrite rod installed inside the magnetizing winding, while matching dielectric washers are installed between the ends of the cylindrical ferrite rod and dielectric emitters, cylindrical ferrite rod, matching washers and dielectric emitters are the same diameter and are enclosed in a common segment of a metallized circular waveguide, on the surface of each of the dielectric emitters located outside the common segment of a metallized round waveguide, a cone-shaped circumferentially closed groove is made, on the surface of which a metallized coating is applied, in the walls of a common segment of a metallized round waveguide adjacent to a cylindrical ferrite rod, two longitudinal diametrically arranged slots are made, the magnetic circuit is made in e two U-shaped staples, each of which contains a longitudinal plate located above the corresponding slot, and shoes, resting on the surface of a common segment of a metallized round waveguide, and the bearing surface of the shoes is made in the shape of a circle of a common segment of a metallized round waveguide and has a groove in its upper parts along the axis of symmetry, the inner surfaces of the shoes are ground with a high accuracy class and are tightly pressed to the surface of the common segment of a metallized round waveguide.

Общий отрезок металлизированного круглого волновода выполнен в виде медной пленки толщиной 1,1-1,5 мкм. The total length of the metallized circular waveguide is made in the form of a copper film 1.1-1.5 microns thick.

Продольные диаметрально расположенные прорези в стенках общего отрезка металлизированного круглого волновода, прилегающих к цилиндрическому ферритовому стержню, имеют ширину 0,1-0,3 мм и длину, не превышающую длины ферритового стержня, на поверхность общего отрезка металлизированного круглого волновода нанесен слой диэлектрика толщиной 4-6 мкм, на поверхность которого над каждой из упомянутых прорезей с перекрытием их по длине и по азимутальному углу в секторе 90^o нанесен слой меди толщиной 1,1-1,3 мкм в форме прямоугольника с прямоугольными вырезами в углах, поверхность которого покрыта слоем хрома или никеля толщиной менее 0,5 мкм.The longitudinal diametrically located slots in the walls of a common segment of a metallized round waveguide adjacent to a cylindrical ferrite rod have a width of 0.1-0.3 mm and a length not exceeding the length of a ferrite rod; a dielectric layer 4- thick is deposited on the surface of the general segment of a metallized round waveguide 6 μm, on the surface of which over each of the aforementioned slots with their overlapping along the length and along the azimuthal angle in the 90 ^° sector, a copper layer 1.1-1.3 μm thick in the form of a rectangle with rectangular cutouts in the corners, the surface of which is covered with a layer of chromium or nickel with a thickness of less than 0.5 microns.

Цилиндрический ферритовый стержень выполнен из феррита с диэлектрической проницаемостью ε = 14-17, согласующие шайбы выполнены из материала, например ситалла, с диэлектрической проницаемостью ε = 9-11, диэлектрические излучатели выполнены из материала, например ситалла, с диэлектрической проницаемостью ε = 7,15-7,35.
Длины диэлектрических излучателей выбраны из условия обеспечения требуемых механической прочности и жесткости полотна антенной системы.A cylindrical ferrite rod is made of ferrite with a dielectric constant ε = 14-17, matching washers are made of a material, for example, ceramic, with a dielectric constant of ε = 9-11, dielectric radiators are made of a material, for example, ceramic, with a dielectric constant of ε = 7.15 -7.35.
The lengths of dielectric emitters are selected from the condition of providing the required mechanical strength and stiffness of the antenna system web.

Свободные концы диэлектрических излучателей имеют конусообразную или цилиндрическую форму. The free ends of the dielectric emitters have a conical or cylindrical shape.

Решение поставленной задачи и достижение технического результата при использовании заявленного приемопередающего элемента ФАР обусловлено следующими причинами. Использование комбинированного феррит-ситаллового стержня с металлизированным покрытием как волноводного канала с оптимальным по добротности диаметром позволяет подобрать необходимую длину волноводной части элемента и, соответственно, толщину полотна ФАР, обеспечивающую требуемые его механическую прочность и жесткость, что, в свою очередь, обеспечивает стабильность и точность работы ФАР, а также возможность размещения в полотне антенны устройств управления приемопередающими элементами и теплоотвода. Продольные прорези в стенках общего отрезка металлизированного круглого волновода, прилегающих к ферритовому стержню, предотвращают возникновение вихревых токов, что уменьшает потери энергии на управление и увеличивает быстродействие. Канавки, выполненные на поверхностях диэлектрических излучателей, эффективно снижают отражение СВЧ-волн от концов общего отрезка металлизированного круглого волновода и обеспечивают согласование диэлектрических излучателей с пространством, что также снижает общие потери СВЧ-энергии Наличие пазов, выполненных в верхней части по оси симметрии опорных поверхностей башмаков магнитопроводов, обеспечивает азимутальную симметрию подмагничивающего магнитного поля и тем самым способствует уменьшению резонансных пиков потерь СВЧ-энергии на высших типах волн
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлены общий вид приемопередающего элемента ФАР с разрезом и его боковая проекция; на фиг. 2 - сечение А-А; на фиг. 3 - фрагмент устройства цилиндрического ферритового стержня; на фиг. 4 - петля гистерезиса намагничивания магнитопровода фазовращателя.The solution of the problem and the achievement of the technical result when using the claimed transceiver element of the HEADLIGHTER is due to the following reasons. The use of a combined ferrite-ceramic metal rod with a metallized coating as a waveguide channel with a diameter that is optimal in terms of quality factor makes it possible to select the required length of the waveguide part of the element and, accordingly, the thickness of the PAR lamp, providing its required mechanical strength and rigidity, which, in turn, ensures stability and accuracy operation of the HEADLIGHTS, as well as the possibility of placing control devices for transceiving elements and heat sink in the antenna sheet. Longitudinal slots in the walls of a common segment of a metallized circular waveguide adjacent to a ferrite rod prevent eddy currents, which reduces control energy loss and increases speed. Grooves made on the surfaces of dielectric emitters effectively reduce the reflection of microwave waves from the ends of a common segment of a metallized circular waveguide and ensure matching of dielectric emitters with space, which also reduces the total loss of microwave energy. The presence of grooves made in the upper part along the symmetry axis of the bearing surfaces of the shoes magnetic circuits, provides azimuthal symmetry of the magnetizing magnetic field and thereby helps to reduce the resonant peaks of microwave energy loss on higher types of waves
The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a General view of the transceiver element PAR with a section and its side projection; in FIG. 2 - section aa; in FIG. 3 is a fragment of a cylindrical ferrite rod device; in FIG. 4 - magnetization hysteresis loop of the phase shifter magnetic circuit.

Заявленный приемопередающий элемент ФАР (фиг. 1) содержит цилиндрический ферритовый стержень 1, к торцам которого последовательно примыкают согласующие диэлектрические шайбы 2 и диэлектрические излучатели 3. Все указанные детали выполнены с одинаковым диаметром, жестко соединены между собой, например с помощью клея, и заключены в общий отрезок круглого металлизированного волновода 4. Волновод может быть получен путем напыления или гальванического нанесения слоя металла, например меди, толщиной 1,l-1,5 мкм на поверхность цилиндрического ферритового стержня 1, согласующих диэлектрических шайб 2 и большую часть поверхности диэлектрических излучателей 3 за исключением их свободных концов. Цилиндрический ферритовый стержень 1 выполнен из феррита с диэлектрической проницаемостью ε = 14-17. Согласующие диэлектрические шайбы 2 выполнены из материала, например ситалла, с диэлектрической проницаемостью ε = 9-11, а диэлектрические излучатели 3 выполнены из материала, например ситалла, с диэлектрической проницаемостью ε = 7,15-7,35.
Длины L₁ и L₂ диэлектрических излучателей 3 зависят от конструктивных особенностей конкретной проходной ФАР и определяются из условия обеспечения требуемых механической прочности и жесткости полотна антенны, а также возможности размещения в нем устройств управления приемопередающими элементами и отвода тепла, например, трубопроводов системы продувки сжатым воздухом или системы с жидким хладагентом. L₁ и L₂ могут быть равными или различными Например, диэлектрические излучатели 3, свободные концы которых обращены к облучателю ФАР, могут быть короче диэлектрических излучателей 3, обращенных в сторону свободного пространства, и наоборот. Свободные концы диэлектрических излучателей 3 могут иметь конусообразную или цилиндрическую форму. Возможны варианты, когда один из концов диэлектрических излучателей 3 имеет конусообразную форму, а другой - цилиндрическую. Для согласования диэлектрического излучателя 3 с пространством на его поверхности вблизи свободного конца на определенном расстоянии l от конца общего отрезка круглого металлизированного волновода 4 выполнена замкнутая по окружности канавка 5 конического профиля, на поверхность которой нанесено металлизированное покрытие. Ширина, глубина и расстояние l от канавки 5 до конца общего отрезка круглого металлизированного волновода 4 определяются экспериментально из условия минимизации отражения СВЧ-энергии от конца волновода внутрь диэлектрического стержня.The claimed transceiver element PAR (Fig. 1) contains a cylindrical ferrite rod 1, to the ends of which are sequentially connected matching dielectric washers 2 and dielectric emitters 3. All of these parts are made with the same diameter, are rigidly interconnected, for example with glue, and are enclosed in total length of a circular metallized waveguide 4. The waveguide can be obtained by sputtering or galvanic deposition of a metal layer, for example copper, with a thickness of 1, l-1.5 microns on the surface of a cylindrical fer ritic rod 1, matching dielectric washers 2 and most of the surface of the dielectric emitters 3 with the exception of their free ends. The cylindrical ferrite rod 1 is made of ferrite with a dielectric constant ε = 14-17. Matching dielectric washers 2 are made of a material, for example, ceramic, with a dielectric constant ε = 9-11, and dielectric emitters 3 are made of a material, for example, ceramic, with a dielectric constant ε = 7.15-7.35.
The lengths of L ₁ and L _{2 of} dielectric emitters 3 depend on the design features of a specific pass-through headlamp and are determined from the conditions for ensuring the required mechanical strength and rigidity of the antenna sheet, as well as the possibility of placing control devices for transceiving elements and heat removal, for example, pipelines of a compressed air purge system or liquid refrigerant systems. L ₁ and L ₂ may be equal or different. For example, dielectric emitters 3, the free ends of which face the illuminator PAR, may be shorter than dielectric emitters 3 facing the free space, and vice versa. The free ends of the dielectric emitters 3 may have a conical or cylindrical shape. Variants are possible when one of the ends of the dielectric emitters 3 has a conical shape, and the other is cylindrical. To match the dielectric emitter 3 with the space on its surface near the free end at a certain distance l from the end of the common segment of the circular metallized waveguide 4, a circumferentially closed groove 5 of the conical profile is made on the surface of which a metallized coating is applied. The width, depth and distance l from the groove 5 to the end of the common segment of the circular metallized waveguide 4 are determined experimentally from the condition of minimizing the reflection of microwave energy from the end of the waveguide into the dielectric rod.

Для предотвращения возникновения вихревых токов и обеспечения необходимого быстродействия устройства в стенках общего отрезка металлизированного круглого волновода 4, прилегающих к цилиндрическому ферритовому стержню 1, выполнены две продольные диаметрально расположенные прорези-щели 6 шириной 0,1-0,3 мм (фиг. 2 и 3), длина которых не превышает длины цилиндрического ферритового стержня 1. Для уменьшения потерь СВЧ-энергии на излучение в этом месте на поверхность общего отрезка металлизированного круглого волновода нанесен слой диэлектрика 7 толщиной 4-6 мкм, а на его поверхность над прорезями 6 с перекрытием их по длине и по азимутальному углу в секторе 90^o нанесен слой меди 8 толщиной 1,1-1,3 мкм. Слой меди 8 имеет форму прямоугольника с прямоугольным вырезом в каждом углу, благодаря чему концы прорезей 6 прикрываются прямоугольными оконечностями 14. Для защиты от коррозии медного слоя 8 его поверхность покрыта слоем хрома или никеля толщиной порядка 0,5 мкм, который, в свою очередь, покрыт тонким слоем защитного лака (на чертежах не показаны).To prevent the occurrence of eddy currents and ensure the necessary speed of the device in the walls of a common segment of a metallized circular waveguide 4 adjacent to a cylindrical ferrite rod 1, two longitudinal diametrically located slot-slots 6 with a width of 0.1-0.3 mm are made (Fig. 2 and 3 ), the length of which does not exceed the length of the cylindrical ferrite rod 1. To reduce the loss of microwave energy from radiation in this place, a dielectric layer is deposited on the surface of a common segment of a metallized circular waveguide 7 4-6 microns thick, and its surface is above the slots 6 with the overlap of their length and the azimuthal angle in the sector 90 ^o applied copper layer 8 thickness of 1.1-1.3 microns. The copper layer 8 has the shape of a rectangle with a rectangular cut in each corner, so that the ends of the slots 6 are covered with rectangular ends 14. To protect the copper layer 8 from corrosion, its surface is covered with a layer of chromium or nickel with a thickness of about 0.5 μm, which, in turn, covered with a thin layer of protective varnish (not shown in the drawings).

Намагничивающая обмотка 9 катушки управления намотана на бумажный каркас 10 и надета на цилиндрический ферритовый стержень 1, располагаясь над прорезями 6 в стенках общею отрезка металлизированного круглого волновода 4. Сверху намагничивающей обмотки 9 расположены два магнитопровода, выполненные в виде П-образных скоб, каждая из которых содержит продольную пластину 11 и башмаки 12. Внутренняя поверхность продольных пластин 11 имеет цилиндрическую форму (фиг. 2). Опорные поверхности башмаков 12 выполнены по форме окружности общего отрезка металлизированного круглого волновода 4. В верхней части опорной поверхности башмаков 12 пo оси симметрии выполнен паз 13, ширина которого превышает ширину оконечности 14 медного слоя 8 (см. проекцию фиг. 1) Пазы 13 предназначены для обеспечения азимутальной симметрии подмагничивающего магнитного поля, благодаря чему уменьшаются резонансные пики потерь СВЧ-энергии на высших типах волн. Продольные пластины 11 П-образных скоб располагаются над прорезями 6 в стенках общего отрезка металлизированного круглого волновода 4 С помощью бандажа 15 (например, пропитанной лаком прочной нити) опорные поверхности башмаков 12, которые должны быть отшлифованы с высоким классом точности, плотно прижаты к боковой поверхности общего отрезка металлизированного круглого волновода 4 так, чтобы зазор между ними не превышал 30 мкм. При этом благодаря вырезам в углах прямоугольного медного слоя 8 и наличию пазов 13 в опорных поверхностях башмаков 12 последние не перекрывают медный слой 8 и расположены над ним на определенном расстоянии. Магнитопроводы выполнены из материала с низкой коэрцетивной силой порядка 0,35 эрстед. The magnetizing winding 9 of the control coil is wound on a paper frame 10 and worn on a cylindrical ferrite rod 1, located above the slots 6 in the walls of a common segment of a metallized round waveguide 4. On top of the magnetizing winding 9 are two magnetic cores made in the form of U-shaped staples, each of which contains a longitudinal plate 11 and shoes 12. The inner surface of the longitudinal plates 11 has a cylindrical shape (Fig. 2). The supporting surfaces of the shoes 12 are made in the shape of a circle of a common segment of a metallized circular waveguide 4. In the upper part of the supporting surface of the shoes 12, a groove 13 is made along the axis of symmetry, the width of which exceeds the width of the tip 14 of the copper layer 8 (see the projection of Fig. 1) The grooves 13 are for ensuring azimuthal symmetry of the magnetizing magnetic field, due to which the resonance peaks of microwave energy losses at higher types of waves are reduced. The longitudinal plates 11 of the U-shaped brackets are located above the slots 6 in the walls of the common segment of the metallized round waveguide 4 Using the bandage 15 (for example, a strong thread impregnated with varnish), the supporting surfaces of the shoes 12, which must be sanded with a high accuracy class, are tightly pressed to the side surface the total length of the metallized circular waveguide 4 so that the gap between them does not exceed 30 microns. Due to the cutouts in the corners of a rectangular copper layer 8 and the presence of grooves 13 in the supporting surfaces of the shoes 12, the latter do not overlap the copper layer 8 and are located above it at a certain distance. Magnetic cores are made of material with a low coercive force of the order of 0.35 oersted.

Конструктивно цилиндрический ферритовый стержень 1, намагничивающая обмотка 9 и магнитопроводы образуют управляемый фазовращатель. Намагничивающая обмотка 9 состоит из двух одинаковых обмоток (путем намотки двойным проводом): обмотки набора фазы фазовращателя и обмотки установки фазы в нулевое состояние. Эти обмотки подключены к устройству управления приемопередающим элементом ФАР. Structurally, a cylindrical ferrite rod 1, a magnetizing winding 9 and magnetic circuits form a controlled phase shifter. The magnetizing winding 9 consists of two identical windings (by winding with a double wire): the winding phase set of the phase shifter and the winding of setting the phase to zero. These windings are connected to the control unit of the transceiver element PAR.

Описанный приемопередающий элемент ФАР работает следующим образом. The described transceiver element HEADLIGHT works as follows.

На входной (первый) диэлектрический излучатель 3 элемента ФАР подает электромагнитные волны СВЧ-излучения с круговой поляризацией. В начальный момент времени на обмотку установки фазы в нулевое состояние намагничивающей обмотки 9 подается прямоугольный импульс постоянного напряжения заданной длительности. Этот импульс переводит магнитную систему фазовращателя в состояние, соответствующее магнитной индукции В_г (фиг. 4, где В_г - остаточная индукция петли гистерезиса магнитной системы). Затем на обмотку набора фазы намагничивающей обмотки 9 подается импульс постоянного напряжения определенной длительности, который переводит магнитную систему фазовращателя в состояние, соответствующее магнитной индукции В₁. Изменение индукции ΔB₁ = B_г- B₁ приводит к изменению свойств среды, что обуславливает фазовый сдвиг у распространяющихся в волноводе СВЧ-колебаний. Этот фазовый сдвиг пропорционален величине ΔB₁. Подбирая определенные длительности импульсов, можно получить любые дискретные фазы, например 7 дискретных состояний по фазе 45, 90, 135, 180, 225, 270 и 315^o. Перед получением каждого нового фазового состояния необходимо подавать импульс обнуления. При подаче импульса обнуления или набора фазы в намагничивающей обмотке 9 протекает ток, который создает в цилиндрическом ферритовом стержне 1 магнитное поле с соответствующим значением магнитной индукции. После окончания действия импульса и прекращения тока индукция сохраняется, т.к. используемый в устройстве феррит обладает магнитной памятью, а зазор между башмаками 12 магнитопроводов и боковой поверхностью волновода 4, в котором находится цилиндрический ферритовый стержень 1, очень мал, порядка 30 мкм. Этим обеспечивается сохранение памяти магнитной цепи. Влияние вихревых токов, возникающих в стенках волновода 4, вследствие наличия в них прорезей 6 весьма незначительно. Поэтому система перемагничивается за время порядка 15 мксек.At the input (first) dielectric emitter 3 of the PAR element supplies electromagnetic waves of microwave radiation with circular polarization. At the initial time, a rectangular pulse of a constant voltage of a given duration is supplied to the winding of setting the phase to the zero state of the magnetizing winding 9. This pulse transfers the magnetic system of the phase shifter to the state corresponding to the magnetic induction B _g (Fig. 4, where B _g is the residual induction of the hysteresis loop of the magnetic system). Then, a constant voltage pulse of a certain duration is applied to the winding of the phase set of the magnetizing winding 9, which puts the magnetic system of the phase shifter in a state corresponding to magnetic induction B ₁ . A change in the induction ΔB ₁ = B _g - B ₁ leads to a change in the properties of the medium, which causes a phase shift in the microwave oscillations propagating in the waveguide. This phase shift is proportional to ΔB ₁ . Selecting certain durations of pulses, you can get any discrete phase, for example 7 discrete states in phase 45, 90, 135, 180, 225, 270 and 315 ^o . Before each new phase state is obtained, it is necessary to apply a zeroing pulse. When a zeroing pulse or phase gain is applied, a current flows in the magnetizing winding 9, which creates a magnetic field in the cylindrical ferrite rod 1 with the corresponding magnetic induction value. After the end of the pulse and the termination of the current, the induction is preserved, because the ferrite used in the device has a magnetic memory, and the gap between the shoes 12 of the magnetic cores and the side surface of the waveguide 4, in which the cylindrical ferrite rod 1 is located, is very small, of the order of 30 μm. This ensures the storage of the magnetic circuit memory. The influence of eddy currents arising in the walls of the waveguide 4, due to the presence of slots 6 in them is very insignificant. Therefore, the system is remagnetized in a time of the order of 15 μs.

Пройдя через фазовращатель и получив соответствующий фазовый сдвиг, СВЧ-энергия распространяется в металлизированном волноводе и излучается в пространство через выходной (второй) диэлектрический излучатель 3 элемента ФАР. При этом благодаря наличию согласующих диэлектрических шайб 2, установленных между ферритовым фазовращателем и диэлектрическими излучателями, и канавок 5 обеспечиваются минимальные потери СВЧ-энергии, связанные с возникновением отражений. Having passed through the phase shifter and received the corresponding phase shift, microwave energy propagates in a metallized waveguide and is radiated into space through the output (second) dielectric emitter 3 of the PAR element. Moreover, due to the presence of matching dielectric washers 2 installed between the ferrite phase shifter and dielectric emitters, and grooves 5, the minimum microwave energy losses associated with the occurrence of reflections are ensured.

Заявленный элемент ФАР выгодно отличается от известных конструкций тем, что длина его стержня подбирается с учетом конкретных размеров, требований механической прочности и жесткости полотна антенной системы без ущерба качества и эффективности его работы. Это позволяет строить крупногабаритные полотна антенных систем с использованием ребер жесткости и усиливающих панелей, между которыми монтируются устройства управления приемопередающими элементами ФАР, а также устройства отвода тепла. The claimed PAR element compares favorably with known designs in that the length of its rod is selected taking into account specific dimensions, the requirements of mechanical strength and rigidity of the antenna system web without compromising the quality and efficiency of its operation. This allows you to build large-sized canvases of antenna systems using stiffeners and reinforcing panels, between which are mounted control devices for transceiver elements of the HEADLIGHTS, as well as heat removal devices.

Claims

1. The transceiver element of the phased antenna array containing dielectric emitters and a phase shifter, consisting of a magnetizing winding located inside the magnetic circuit, and a cylindrical ferrite rod installed inside the magnetizing winding, while matching ends of the cylindrical ferrite rod and dielectric emitters are mounted dielectric ferrite washers, cylindrical ferrite washers, the rod, matching washers and dielectric emitters have the same diameter and are enclosed a common segment of a metallized circular waveguide, on the surface of each of the dielectric emitters located outside the common segment of a metallized round waveguide, a cone-shaped circumferentially closed groove is made, on the surface of which a metallized coating is applied, in the walls of a common segment of a metallized round waveguide adjacent to a cylindrical ferrite rod, two longitudinal diametrically arranged slots are made, the magnetic circuit is made in the form of two U-shaped brackets , each of which contains a longitudinal plate located above the corresponding slot, and shoes based on the surface of a common segment of a metallized round waveguide, and the bearing surface of the shoes is made in the shape of a circle of a common segment of a metallized round waveguide and has a groove made in its upper part along the axis of symmetry , the bearing surfaces of the shoes are ground with a high accuracy class and are tightly pressed to the surface of a common segment of a metallized round waveguide.

2. The element according to claim 1, characterized in that the total length of the metallized circular waveguide is made in the form of a copper film 1.1-1.5 microns thick.

3. The element according to claim 1, characterized in that the longitudinal diametrically located slots in the walls of a common segment of a metallized circular waveguide adjacent to a cylindrical ferrite rod have a width of 0.1-0.3 mm and a length not exceeding the length of the ferrite rod, by total surface of the circular waveguide segment metallized layer deposited dielectric 4-6 microns thick, to the surface over which each of said slits with their overlapping length and the azimuthal angle in the sector 90 ^o applied copper layer thickness of 1.1-1.3 microns Orme rectangle with rectangular notches in the corners, the surface of which is coated with chromium or nickel layer of thickness less than 0.5 micron.

4. The element according to claim 1, characterized in that the cylindrical ferrite rod is made of ferrite with a dielectric constant ε = 14-17.
5. The element according to claim 1, characterized in that the matching washers are made of a material, for example, glass, with a dielectric constant ε = 9-11.
6. The element according to claim 1, characterized in that the dielectric emitters are made of a material, for example, ceramic, with a dielectric constant ε = 7.15-7.35.
7. The element according to claim 1, characterized in that the lengths of the dielectric emitters are selected from the condition of ensuring the required mechanical strength and stiffness of the antenna system web.

8. The element according to claim 1, characterized in that the free ends of the dielectric emitters are conical in shape.

9. The element according to claim 1, characterized in that the free ends of the dielectric emitters have a cylindrical shape.