RU2370861C1

RU2370861C1 - Phase circulator

Info

Publication number: RU2370861C1
Application number: RU2008131667/09A
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: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
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. Phase circulator comprises folded-tee hybrid, to each of two adjacent channels of which there are two nonmutual 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 with double slot bridge hybrid. Inside waveguides of each nonmutual waveguide phase changer in magnetic field of external magnetic system on N non-magnetic metal partitions installed in H plane, there are 2N ferrite plates installed, where N - integer number. N non-magnetic partitions may be arranged as partially separating waveguide in H plane.

EFFECT: higher electric strength of phase circulator in operation at high level of power due to reduced heating of ferrite plates of nonmutual phase changers, electromagnet field energy absorbed by them, especially noticeable in continuous and quasi-continuous modes.

2 cl, 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 superhigh frequencies. State Power Engineering Publishing House. 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 ВУМ.The closest in technical essence is a circulator consisting of a double tee, two nonreciprocal phase shifters, a slit bridge, ferrite plates mounted in the H-plane on the wide walls of the waveguides, and a magnetic system (Mikaelian A.L. Theory and application of ferrites at microwave frequencies. State Power Engineering Publishing House. 1963 p. 569-576, fig. 10-48, 10-53). Having the highest electrical strength of all known circulator options at high pulse powers, it, like all other circulators, has a limited allowable power level, determined by heating the ferrite plates absorbed by electromagnetic energy, all the more significant when transmitting continuous and quasicontinuous VUM signals.

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, absorbed by them by the energy of the electromagnetic field, which is especially noticeable in continuous and quasi-continuous modes.

Сущность предлагаемого фазового 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 предлагаемом фазовом циркуляторе является то, что внутри волноводов каждого невзаимного волноводного фазовращателя в магнитном поле внешней магнитной системы на установленных в Н плоскости N немагнитных металлических перегородках размещены по 2N ферритовые пластины, где N - целое число. N немагнитных перегородок могут быть выполнены частично разделяющими волновод в Н плоскости.The essence of the proposed phase 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 the double gap bridge. New in the proposed phase circulator is that inside the waveguides of each nonreciprocal waveguide phase shifter in the magnetic field of the external magnetic system, 2N ferrite plates are placed on the N plane of the N magnetic metal partitions, where N is an integer. N non-magnetic partitions can be made partially separating the waveguide in the H plane.

На фиг 1. представлена функциональная схема фазового циркулятора.In Fig 1. presents a functional diagram of a phase circulator.

На фиг.2 представлено поперечное сечение фазового циркулятора.Figure 2 presents a cross section of a phase circulator.

Фазовый циркулятор высокого уровня мощности состоит из: двойного свернутого тройника 1, двух невзаимных волноводных фазовращателей 2, двойного щелевого моста 3, 2N+2 ферритовых пластин 4, магнитной системы 5, N немагнитных металлических перегородок 6.A high-level phase circulator consists of: a double rolled tee 1, two nonreciprocal waveguide phase shifters 2, a double slotted bridge 3, 2N + 2 ferrite plates 4, a magnetic system 5, N non-magnetic metal partitions 6.

К каждому из двух смежных каналов двойного свернутого тройника 1 фазового 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 with an external magnetic system 5 are connected to each of the two adjacent channels of the double rolled-up tee 1 of the phase circulator, 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 .

В каждом из волноводов обоих невзаимных волноводных фазовращателей 2 на установленных в Н плоскости N немагнитных металлических перегородках 6, в магнитном поле магнитной системы 5 дополнительно установлены по 2N ферритовые пластины.In each of the waveguides of both nonreciprocal waveguide phase shifters 2 on non-magnetic metal partitions 6 installed in the N plane N, 2N ferrite plates are additionally installed in the magnetic field of the magnetic system 5.

Невзаимные волноводные фазовращатели 2 могут быть подключены переходниками 7 к двойному свернутому тройнику 1 и к двойному щелевому мосту 3.Nonreciprocal waveguide phase shifters 2 can be connected by adapters 7 to a double rolled tee 1 and to a double slotted bridge 3.

Циркулятор ВУМ 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. Пройдя через фазовращатели, 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 циркулятора, и вычитание (взаимную компенсацию) в смежном с ним канале. Аналогичным образом можно проследить прохождение сигналов через фазовый циркулятор, взяв в качестве входа любой из его внешних волноводных каналов. Немагнитные металлические перегородки 6, практически не нарушая согласования, делят волноводы каждого невзаимного волноводного фазовращателя 2 на N - волноводов пониженного сечения.The VUM circulator works as follows: when a double coiled tee 1 is excited from an H-channel, the electromagnetic field, passing through a double portion of the tee in phase with equal amplitudes, excites two adjacent channels and enters each of two nonreciprocal phase shifters. After passing through the phase shifters, 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 circulator, and subtraction (mutual compensation) in the adjacent channel. Similarly, you can trace the passage of signals through a phase circulator, taking as input any of its external waveguide channels. Non-magnetic metal partitions 6, almost without violating the coordination, divide the waveguides of each nonreciprocal waveguide phase shifter 2 into N - waveguides of reduced cross-section.

Повышение электропрочности достигается уменьшением толщины ферритовой пластины, что снижает потери электромагнитной энергии в них и соответственно снижает нагрев на высоком уровне средней мощности и одновременно повышает теплоотвод от слоев пластин, обращенных внутрь волновода. Выбор высоты волновода каждого из фазовращателей позволяет уменьшить плотность потока мощности и повысить электропрочность. Снижение высоты каждого из фактически образуемых волноводов невзаимных фазовращателей установкой немагнитных металлических перегородок позволяет уменьшить толщины ферритовых пластин при сохранении их ширины и длины за счет повышения их электродинамической активности. Все это влечет за собой как повышение электропрочности, так и стабилизацию параметров при работе на высоком уровне мощности, в том числе при непрерывном и квазинепрерывном режимах работы.The increase in electrical strength is achieved by reducing the thickness of the ferrite plate, which reduces the loss of electromagnetic energy in them and, accordingly, reduces heating at a high level of average power and at the same time increases the heat removal from the plate layers facing the waveguide. The choice of the waveguide height of each of the phase shifters can reduce the power flux density and increase the electric strength. Reducing the height of each of the actually formed waveguides of nonreciprocal phase shifters by installing non-magnetic metal partitions allows reducing the thickness of ferrite plates while maintaining their width and length by increasing their electrodynamic activity. All this entails both an increase in electric strength and stabilization of parameters when operating at a high power level, including during continuous and quasi-continuous operation modes.

Claims

1. A phase circulator containing a double folded tee, to each of two adjacent channels of which two nonreciprocal waveguide phase shifters are connected with an external magnetic system, 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 with a double slit bridge, characterized in that inside the waveguides of each nonreciprocal waveguide phase shifter in the magnetic field of the external magnetic system at tained in plane H N nonmagnetic metal partition walls are arranged on the ferrite plate 2N, where N - integer.

2. The phase circulator according to claim 1, characterized in that N non-magnetic partitions are made partially dividing the waveguide in the H plane.