RU2370860C1

RU2370860C1 - Waveguide circulator

Info

Publication number: RU2370860C1
Application number: RU2008132641/09A
Authority: RU
Inventors: Вадим Иванович Добисов (RU); Вадим Иванович Добисов; Наталья Вячеславовна Растворова (RU); Наталья Вячеславовна Растворова; Петр Васильевич Музолев (RU); Петр Васильевич Музолев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова"
Priority date: 2008-08-07
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2009-10-20

Abstract

FIELD: electric engineering.

SUBSTANCE: invention is related to microwave engineering and may be used, for instance as transmit-receive switch in radiolocating stations. Waveguide circulator comprises folded tee-hybrid, to each of two adjacent channels of which there are two independent waveguide phase changers connected with magnetic system installed on their external side. In the field of this magnetic system, inside of each waveguide of nonmutual waveguide phase changers there are two ferrite plates installed, and outlets of nonmutual waveguide phase changers are connected to double slot bridge hybrid. In order to increase electric strength of waveguide circulator during operation at high level of power ferrite plates of nonmutual waveguide phase changers are arranged with alternating height in cross section, which reduces from narrow walls to planes passing through middle lines of wide waveguide walls.

EFFECT: higher permissible level of power during transmission of continuous and quazi-continuous signals of high power level (HPL) is technical result of suggested technical solution.

2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к СВЧ технике и может быть использовано, например, в качестве переключателя прием - передача в радиолокационных станциях.The present invention relates to microwave technology and can be used, for example, as a receive-transmit switch in radar stations.

Известны циркуляторы (А.Л.Микаэлян. Теория и применение ферритов на сверхвысоких частотах. Госэнергоиздат.1963 г. 10-4 стр.561-576, рис.10-37-10-39, 10-45-10-47). Эти циркуляторы состоят из двойного тройника, двух невзаимных фазовращателей и щелевого моста. Их недостаток состоит в низкой электропрочности, обусловленной малыми зазорами между ферритовыми деталями и широкими стенками волноводов (в направлении вектора Е).Circulators are known (A.L. Mikaelyan. Theory and application of ferrites at microwave frequencies. Gosenergoizdat. 1963. 10-4 pp. 561-576, fig. 10-37-10-39, 10-45-10-47). These circulators consist of a double tee, two nonreciprocal phase shifters and a slot bridge. Their disadvantage is the low electrical strength due to the small gaps between the ferrite parts and the wide walls of the waveguides (in the direction of the vector E).

Наиболее близким по технической сущности является циркулятор, состоящий из двойного тройника, двух невзаимных фазовращателей, щелевого моста, ферритовых пластин, установленных в Н-плоскости на широких стенках волноводов и магнитной системы. (Микаэлян А.Л. Теория и применение ферритов на сверхвысоких частотах. Госэнергоиздат.1963 г. стр.569-576, рис.10-48, 10-53). Обладая наибольшей электропрочностью, из всех известных вариантов циркуляторов при больших импульсных мощностях, он, как и все другие циркуляторы, имеет ограниченный допустимый уровень мощности, определяемый нагревом ферритовых пластин поглощаемой ими электромагнитной энергией, тем более существенным при передаче непрерывных и квазинепрерывных сигналов высокого уровня мощности (ВУМ).The closest in technical essence is a circulator, consisting of a double tee, two nonreciprocal phase shifters, a slot bridge, ferrite plates mounted in the H-plane on the wide walls of the waveguides and the magnetic system. (Mikaelyan A.L. Theory and application of ferrites at microwave frequencies. Gosenergoizdat. 1963, pp. 569-576, Fig. 10-48, 10-53). Having the greatest electric strength, of all the known circulator options at high pulse powers, it, like all other circulators, has a limited allowable power level, determined by the heating of ferrite plates by the electromagnetic energy absorbed by them, all the more significant when transmitting continuous and quasi-continuous signals of a high power level ( VUM).

Технический результат состоит в повышении электропрочности фазового циркулятора при работе на высоком уровне мощности за счет уменьшения нагрева ферритовых пластин невзаимных фазовращателей поглощаемой ими энергией электромагнитного поля, особенно ощутимом при непрерывном и квазинепрерывном режимах.The technical result consists in increasing the electric strength of the phase circulator when operating at a high power level by reducing the heating of ferrite plates of nonreciprocal phase shifters by the electromagnetic field energy absorbed by them, which is especially noticeable in continuous and quasi-continuous modes.

Сущность предлагаемого волноводного циркулятора состоит в том, что он содержит двойной свернутый тройник, к каждому из двух смежных каналов которого подключены два невзаимных волноводных фазовращателя с установленной на их внешней стороне магнитной системой. В поле этой магнитной системы, внутри каждого из волноводов невзаимных волноводных фазовращателей установлены по две ферритовые пластины, а выходы невзаимных волноводных фазовращателей соединены с двойным щелевым мостом. Новым в волноводном циркуляторе является выполнение ферритовых пластин невзаимных волноводных фазовращателей с переменной высотой в поперечном сечении, уменьшающейся от узких стенок к плоскостям, проходящим через средние линии широких стенок волноводов.The essence of the proposed waveguide circulator is that it contains a double folded tee, to each of two adjacent channels of which two nonreciprocal waveguide phase shifters with a magnetic system mounted on their outer side are connected. Two ferrite plates are installed in the field of this magnetic system, inside each of the waveguides of the nonreciprocal waveguide phase shifters, and the outputs of the nonreciprocal waveguide phase shifters are connected to a double gap bridge. New in the waveguide circulator is the implementation of ferrite plates of nonreciprocal waveguide phase shifters with a variable height in the cross section, decreasing from narrow walls to planes passing through the midlines of the wide walls of the waveguides.

На фиг.1 представлена функциональная схема волноводного циркулятора.Figure 1 presents the functional diagram of the waveguide circulator.

На фиг.2 представлено поперечное сечение волноводного циркулятора.Figure 2 presents a cross section of a waveguide circulator.

Волноводный циркулятор состоит из двойного свернутого тройника 1, двух невзаимных волноводных фазовращателей 2, двойного щелевого моста 3, двух ферритовых пластин 4, магнитной системы 5.The waveguide circulator consists of a double rolled tee 1, two nonreciprocal waveguide phase shifters 2, a double slotted bridge 3, two ferrite plates 4, and a magnetic system 5.

К каждому из двух смежных каналов двойного свернутого тройника 1 волноводного циркулятора подключены два невзаимных волноводных фазовращателя 2 с внешней магнитной системой 5, в поле которой, внутри волноводов невзаимных волноводных фазовращателей 2 установлены ферритовые пластины 4, выходы невзаимных волноводных фазовращателей 2 соединены с двойным щелевым мостом 3.Two nonreciprocal waveguide phase shifters 2 are connected to each of the two adjacent channels of the double rolled tee 1 of the waveguide circulator 2 with an external magnetic system 5, in the field of which, inside the waveguides of the nonreciprocal waveguide phase shifters 2, ferrite plates 4 are installed, the outputs of the nonreciprocal waveguide phase shifters 2 are connected to the double gap bridge 3 .

Волноводный циркулятор работает следующим образом: при возбуждении двойного свернутого тройника 1 с Н-канала электромагнитное поле, пройдя через сдвоенный участок тройника синфазно с равными амплитудами, возбуждает два его смежных канала и поступает в каждый из двух невзаимных фазовращателей 2. Пройдя через невзаимные фазовращатели 2, поля на выходе каждого из них приобретают относительный фазовый сдвиг, равный 90°. Это при равенстве амплитуд обеспечивает сложение полей в одном из смежных каналов на выходе щелевого моста, являющегося выходом волноводного циркулятора, и вычитание (взаимную компенсацию) в смежном с ним канале. Аналогичным образом можно проследить прохождение сигналов через волноводный циркулятор, взяв в качестве входа любой из его внешних волноводных каналов.The waveguide circulator works as follows: when a double coiled tee 1 is excited from the H-channel, the electromagnetic field, passing through the double section of the tee in phase with equal amplitudes, excites its two adjacent channels and enters each of the two non-reciprocal phase shifters 2. After passing through non-reciprocal phase shifters 2, the fields at the output of each of them acquire a relative phase shift of 90 °. This, when the amplitudes are equal, ensures the addition of fields in one of the adjacent channels at the output of the slit bridge, which is the output of the waveguide circulator, and subtraction (mutual compensation) in the adjacent channel. Similarly, you can trace the passage of signals through the waveguide circulator, taking as input any of its external waveguide channels.

Повышение электропрочности обеспечивается увеличением зазора между ферритовыми пластинами в зоне максимальной величины электрического поля - в зоне, прилегающей к плоскости, проходящей через средние линии широких стенок волновода (в поперечном сечении), уменьшением концентрации электрического поля на углах ферритовых пластин в этой же зоне; уменьшением нагрева более тонкой части ферритовых пластин за счет снижения преобразования электромагнитной энергии в тепловую; улучшением условий теплоотдачи и теплоотвода от более тонких участков пластинAn increase in electric strength is ensured by an increase in the gap between ferrite plates in the zone of maximum electric field — in the zone adjacent to the plane passing through the midlines of the wide walls of the waveguide (in cross section), by a decrease in the concentration of the electric field at the corners of the ferrite plates in the same zone; a decrease in the heating of a thinner part of the ferrite plates due to a decrease in the conversion of electromagnetic energy into thermal energy; improving the conditions of heat transfer and heat removal from thinner sections of the plates

Claims

A waveguide circulator containing a double folded tee, to each of two adjacent channels of which two nonreciprocal waveguide phase shifters with an external magnetic system are connected, in the field of which two ferrite plates are installed on the wide walls of the waveguides of the nonreciprocal wave phase shifters, the outputs of the nonreciprocal waveguide phase shifters are connected to the double a slit bridge, characterized in that the ferrite plates of nonreciprocal waveguide phase shifters are made with a variable height in the cross section, decreasing from narrow walls to planes passing through the midlines of the wide walls of the waveguides.