RU39227U1

RU39227U1 - Microwave Ferrite Phaser

Info

Publication number: RU39227U1
Application number: RU2004107659/22U
Authority: RU
Inventors: Л.В. Науменко; Е.А. Смирнова; В.В. Федоров
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Феррит "Домен"
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2004-07-20

Abstract

СВЧ ферритовый фазовращатель, содержащий соосно расположенные ферритовый цилиндрический стержень с металлизацией боковой поверхности, катушку с обмоткой управления на каркасе, охватывающей ферритовый стержень, два магнитопровода, симметрично расположенных по обе стороны от обмотки управления, охватывая ее, ступенчатые согласователи, примыкающие с двух противоположных сторон к торцам ферритового стержня, фланцы для обеспечения стыковки устройства с подводящими и отводящими волноводными трактами, отличающийся тем, что в качестве несущего узла конструкции устройства служит каркас катушки из пластмассы, к которому прикреплены, например, с помощью клея, ферритовый стержень, магнитопроводы и с двух противоположных сторон фланцы с закрепленными в них согласователями, изготовленными, например, из фторопласта, внутрь каждого из которых введен цилиндрический стержень или диск из диэлектрического материала, у которого диэлектрическая проницаемость выше диэлектрической проницаемости материала согласователей, например из ситала, контактирующий с соответствующими неметаллизированными торцами ферритового стержня, концы которого введены в отверстия фланцев, боковая поверхность ферритового стержня металлизирована на всем протяжении, магнитопроводы изготовлены из магнитомягкого материала с прямоугольной петлей гистерезиса, имеют продолговатую П-образную форму и введены ножками с двух противоположных сторон в углубления прямоугольной формы в каркасе катушки до контакта с ферритовым стержнем с образованием замкнутой магнитной цепи, каркас катушки имеет внутреннее продольное отверстие для размещения фMicrowave ferrite phase shifter, containing a coaxially located ferrite cylindrical rod with metallization of the side surface, a coil with a control winding on a frame covering a ferrite rod, two magnetic circuits symmetrically located on both sides of the control winding, covering it, step coordinators adjacent to two opposite sides to the ends of the ferrite rod, flanges to ensure the docking of the device with the input and output waveguide paths, characterized in that as The structure of the coil of the device serves as the frame of the coil made of plastic, to which, for example, glue is attached, a ferrite rod, magnetic cores and flanges on two opposite sides with coordinators fixed in them, made, for example, of fluoroplastic, into each of which a cylindrical rod is inserted or a disk of a dielectric material, whose dielectric constant is higher than the dielectric constant of the matching material, for example, from glass, in contact with the corresponding non-metal the lysed ends of the ferrite rod, the ends of which are inserted into the holes of the flanges, the lateral surface of the ferrite rod is metallized throughout, the magnetic cores are made of soft magnetic material with a rectangular hysteresis loop, have an elongated U-shape and are inserted with legs from two opposite sides into the rectangular recesses in the frame the coil to contact with the ferrite rod with the formation of a closed magnetic circuit, the coil frame has an internal longitudinal hole to accommodate

Description

Предлагаемая полезная модель относится к технике СВЧ и может найти применение в качестве СВЧ ферритового фазовращателя проходного типа.The proposed utility model relates to microwave technology and can find application as a microwave pass-through ferrite phase shifter.

К современным апертурным фазовращателям предъявляется комплекс требований:A set of requirements is presented to modern aperture phase shifters:

- малые габариты;- small dimensions;

- малый вес;- low weight;

- технологичность сборки;- manufacturability of the assembly;

- малая энергия управления;- low control energy;

- малые вносимые потери;- low insertion loss;

- высокое быстродействие- high speed

при одновременном обеспечении высокой устойчивости к воздействию внешних механических и климатических факторов, повышенной влажности воздуха, безотказности длительной эксплуатации.while ensuring high resistance to external mechanical and climatic factors, increased air humidity, reliability of long-term operation.

Этот комплекс требований во многом противоречив и трудно реализуем на практике.This set of requirements is largely contradictory and difficult to put into practice.

Известен СВЧ ферритовый фазовращатель фирмы «Telefunken Patent. GmbH» (заявка ФРГ №1541681, МПК Н 01 Р 1/18 опубл. 20.03.75). К недостаткам этого фазовращателя следует отнести сложность конструкции, большие габариты и большие потери.Known microwave ferrite phase shifter company Telefunken Patent. GmbH "(application of Germany No. 1541681, IPC Н 01 Р 1/18 publ. 20.03.75). The disadvantages of this phase shifter include the complexity of the design, large dimensions and large losses.

Наиболее близким по технической сути и совокупности существенных признаков к предлагаемому фазовращателю является СВЧ-устройство по а.с. СССР №1351476, МПК Н 01 P 1/19, опубликованному 09.10.85. Данное устройство, выбранное авторами в качестве прототипа, содержит соосно расположенные ферритовый стержень цилиндрической формы с частичной металлизацией его боковой поверхности на концах, обмотку The closest in technical essence and the totality of essential features to the proposed phase shifter is a microwave device as. USSR No. 1351476, IPC H 01 P 1/19, published on 09/10/85. This device, selected by the authors as a prototype, contains coaxially arranged ferrite rod of a cylindrical shape with partial metallization of its side surface at the ends, a winding

управления, охватывающую ферритовый стержень, два магнитопровода, расположенные симметрично по обе стороны от обмотки управления и охватывающие эту обмотку, ступенчатые согласователи цилиндрической формы, примыкающие с двух противоположных сторон к торцам ферритового стержня, фланцы для подсоединения устройства к регулярной линии передач. Благодаря частичной металлизации ферритового стержня на его концах образуются два металлических волновода, на концах которых установлены металлические диафрагмы с радиально расположенной прорезью. Конструкция устройства может быть скреплена при помощи корпуса, соединяющего противоположные фланцы (в описании а.с. СССР №1351476 не показан).control, covering a ferrite rod, two magnetic circuits, located symmetrically on both sides of the control winding and covering this winding, step coordinators of cylindrical shape adjacent to the ends of the ferrite rod from two opposite sides, flanges for connecting the device to a regular transmission line. Due to the partial metallization of the ferrite rod, two metal waveguides are formed at its ends, at the ends of which metal diaphragms with a radially located slot are installed. The design of the device can be fastened using a housing connecting the opposite flanges (in the description of the USSR AS No. 1351476 is not shown).

Устройство-прототип характеризуется высоким быстродействием, малой энергией переключения и малыми потерями электромагнитной энергии. Главный его недостаток - большие габариты, а также проблематичность обеспечения требований к воздействию механических и климатических факторов. Эти функции должны сильно зависеть от свойств неуказанного в описании корпуса.The prototype device is characterized by high speed, low switching energy and low losses of electromagnetic energy. Its main drawback is the large dimensions, as well as the difficulty in meeting the requirements for the impact of mechanical and climatic factors. These functions should strongly depend on the properties of the case not specified in the description.

Задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение габаритов при одновременном обеспечении высокого быстродействия, малой энергии переключения, малых потерь, высокой стойкости к воздействию механических и климатических факторов.The objective of the proposed utility model is to reduce dimensions while ensuring high speed, low switching energy, low losses, high resistance to mechanical and climatic factors.

Эта задача решается тем, что в СВЧ ферритовом фазовращателе, содержащем соосно расположенные ферритовый цилиндрический стержень с металлизацией боковой поверхности, катушку с обмоткой управления на каркасе, охватывающей ферритовый стержень, два магнитопровода, симметрично расположенных по обе стороны от обмотки управления, охватывая ее, ступенчатые согласователи, примыкающие с двух противоположных сторон к торцам ферритового стержня, фланцы для обеспечения стыковки устройства с подводящими и отводящими волноводными трактами, в качестве несущего узла This problem is solved in that in a microwave ferrite phase shifter containing a coaxially located ferrite cylindrical rod with metallization of the side surface, a coil with a control winding on a frame covering a ferrite rod, two magnetic cores symmetrically located on both sides of the control winding, covering it, step coordinators adjacent from two opposite sides to the ends of the ferrite rod, flanges to ensure the docking of the device with the input and output waveguide paths, as carrier unit

конструкции устройства служит каркас катушки из пластмассы, к которому прикреплены, например, с помощью клея, ферритовый стержень, магнитопроводы и с двух противоположных сторон фланцы с закрепленными в них согласователями, изготовленными, например, из фторопласта, внутрь каждого из которых введен цилиндрический стержень или диск из диэлектрического материала, у которого диэлектрическая проницаемость выше диэлектрической проницаемости материала согласователей, например, из ситала, контактирующий с соответствующими неметаллизированными торцами ферритового стержня, концы которого введены в отверстия фланцев, боковая поверхность ферритового стержня металлизирована на всем протяжении, магнитопроводы изготовлены из магнитомягкого материала с прямоугольной петлей гистерезиса, имеют продолговатую П-образную форму и введены ножками с двух противоположных сторон в углубления прямоугольной формы в каркасе катушки до контакта с ферритовым стержнем с образованием замкнутой магнитной цепи, каркас катушки имеет внутреннее продольное отверстие для размещения ферритового стержня.the device’s structure is a plastic coil frame, to which, for example, glue is attached, a ferrite rod, magnetic cores and flanges on two opposite sides with coordinators fixed in them, made, for example, of fluoroplastic, into each of which a cylindrical rod or disk is inserted from a dielectric material, in which the dielectric constant is higher than the dielectric constant of the matching material, for example, from glass, in contact with the corresponding non-metal the ends of the ferrite rod, the ends of which are inserted into the holes of the flanges, the lateral surface of the ferrite rod is metallized throughout, the magnetic cores are made of soft magnetic material with a rectangular hysteresis loop, have an elongated U-shaped shape and are inserted with legs from two opposite sides into the rectangular recesses in the frame the coil to contact with the ferrite rod with the formation of a closed magnetic circuit, the coil frame has an internal longitudinal hole to accommodate the ferrite rod.

Технический результат полезной модели состоит в уменьшении габаритов, повышении надежности устройства при воздействии механических и климатических факторов при одновременном обеспечении высокого быстродействия, малой энергии переключения, малых потерь.The technical result of the utility model is to reduce the size, increase the reliability of the device when exposed to mechanical and climatic factors, while ensuring high speed, low switching energy, low losses.

Указанный технический результат определяется тем, чтоThe specified technical result is determined by the fact that

а) несущим элементом конструкции является каркас катушки управления из термореактивной пластмассы, к которому при сборке крепятся (приклеиваются) металлические фланцы и все другие детали конструкции;a) the structural supporting element is the frame of the control coil made of thermosetting plastic, to which metal flanges and all other structural parts are attached (glued) during assembly;

б) полная металлизация боковой поверхности ферритового стержня обеспечивает надежное экранирование электромагнитной волны от магнитопроводов, катушки и b) the complete metallization of the side surface of the ferrite core provides reliable shielding of the electromagnetic wave from the magnetic cores, coils and

других элементов конструкции, которые могут вносить дополнительные СВЧ потери; кроме того это повышает влагозащиту ферритового стержня;other structural elements that may introduce additional microwave losses; in addition, it increases the moisture protection of the ferrite core;

в) конструкция каркаса катушки и технология выполнения операций склейки обеспечивают надежную влагозащиту элементов фазовращателя, находящихся в области действия СВЧ волны.c) the design of the coil frame and the technology for gluing operations provide reliable moisture protection of the phase shifter elements located in the region of action of the microwave wave.

Предлагаемую полезную модель иллюстрируют: фиг.1 а, б, в, на которой представлено предлагаемое устройство с разрезами во всех плоскостях; фиг.2 а, б, в, г, где показано устройство катушки управления.The proposed utility model is illustrated by: FIG. 1 a, b, c, which shows the proposed device with cuts in all planes; figure 2 a, b, c, d, where the control coil device is shown.

Предлагаемый фазовращатель (фиг.1) содержит: каркас 1 катушки из термореактивной пластмассы с обмоткой управления 2, концы которой припаяны к выводам 3 катушки, охватывающей цилиндрический ферритовый стержень 4 с металлизированной боковой поверхностью и неметаллизированными торцами, концы которого введены в отверстия металлических фланцев 5; магнитопроводы 6 П-образной формы, введенные ножками с двух противоположных сторон в углубления прямоугольной формы 9 (фиг.2 а) в каркасе катушки до контакта с ферритовым стержнем 4 с образованием замкнутой магнитной цепи; согласователи 7 внутрь каждого из которых введен стержень или диск из диэлектрического материала 8.The proposed phase shifter (Fig. 1) comprises: a frame 1 of a thermosetting plastic coil with a control winding 2, the ends of which are soldered to the terminals 3 of the coil, covering a cylindrical ferrite rod 4 with a metallized side surface and non-metallized ends, the ends of which are inserted into the holes of the metal flanges 5; magnetic circuits 6 U-shaped, introduced by legs from two opposite sides into the recesses of rectangular shape 9 (Fig. 2 a) in the coil frame before contact with the ferrite rod 4 with the formation of a closed magnetic circuit; coordinators 7 inside each of which a rod or disk of dielectric material 8 is inserted.

На фиг.2а и 2б изображен внешний вид катушки управления в двух плоскостях, на фиг.2в показано сечение катушки по центральной плоскости, а на фиг.2г показано сечение секции с обмоткой управления.On figa and 2b shows the appearance of the control coil in two planes, figv shows a section of the coil on the Central plane, and Fig.2g shows a section of a section with a control winding.

При сборке согласователи 7, изготовленные например, из фторопласта, предварительно подвергаются специальной химической обработке для улучшения атгезионных свойств и заклеиваются в металлические фланцы 5 при помощи клея ВТ-25-200, позволяющего получить высокую прочность конструкции в широком диапазоне рабочих температур и обеспечить тонкий клеевой шов. Зазоры, возникающие между ножками When assembling, coordinators 7, made of fluoroplastic, for example, are preliminarily subjected to special chemical treatment to improve adhesion properties and sealed in metal flanges 5 using VT-25-200 glue, which allows to obtain high structural strength in a wide range of operating temperatures and provide a thin adhesive joint . Clearances between the legs

магнитопроводов 7 и соответствующими углублениями прямоугольной формы каркаса катушки, в которые они вставлены, заполняются клеем-герметиком ВГО-1, что обеспечивает надежную влагозащиту. Пластмассовый каркас 1 и металлические фланцы 5 склеиваются клеем ВТ-25-200, образуя единую конструкцию. Для усиления влагозащиты поверхности, указанные на фиг.1 покрываются влагозащитным лаком.magnetic circuits 7 and the corresponding recesses of the rectangular shape of the coil frame into which they are inserted are filled with VGO-1 glue-sealant, which provides reliable moisture protection. The plastic frame 1 and metal flanges 5 are glued with VT-25-200 glue, forming a single design. To enhance the moisture protection of the surface, indicated in figure 1 are covered with moisture-proof varnish.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

При помощи имеющихся у фазовращателя металлических фланцев 5 на входе и выходе он пристыковывается к волноводному тракту круглого сечения фазированной антенной решетки, по котрому распространяется волна круговой поляризации типа HI 1. При помощи согласователей 7 внутрь каждого из которых в контакт с неметаллизированными торцами ферритового стержня 4 введен стержень или диск 8 из диэлектрического материала, например из ситала, диэлектрическая проницаемость которого выше диэлектрической проницаемости согласователей, но ниже диэлектрической проницаемости ферритового стержня 4, фазовращатель согласован с этим волноводным трактом. На выводы 3 катушки управления от внешней системы управления подаются управляющие импульсы, которые через обмотку управления 2 приводят область ферритового стержня 4, находящуюся между областями соприкосновения ножек магнитопроводов 6 с ферритовым стержнем, в состояние остаточной намагниченности, направленной вдоль оси ферритового стержня и поддерживающейся после окончания действия импульсов управления благодаря замкнутой магнитной цепи. Величина этой намагниченности зависит от поданных на выводы 3 управляющих импульсов и определяет управляемый фазовый сдвиг, который приобретает проходящая через ферритовый стержень электромагнитная волна.Using the metal flanges 5 of the phase shifter at the inlet and outlet, it is docked to the circular waveguide path of the phased antenna array, along which the HI-type circular polarized wave propagates 1. Using coordinators 7, each of them is brought into contact with the non-metalized ends of the ferrite rod 4 a rod or disk 8 made of a dielectric material, for example, from a ceramic, whose dielectric constant is higher than the permittivity of the coordinators, but lower than the dielectric Coy permeability ferrite rod 4, this phase shifter is matched with the waveguide path. The control impulses are supplied to the terminals 3 of the control coil from an external control system, which, through the control winding 2, bring the region of the ferrite rod 4, located between the contact areas of the legs of the magnetic cores 6 with the ferrite rod, into the state of residual magnetization directed along the axis of the ferrite rod and maintained after the end of the action control pulses thanks to a closed magnetic circuit. The magnitude of this magnetization depends on the control pulses applied to the terminals 3 and determines the controlled phase shift, which the electromagnetic wave passing through the ferrite rod acquires.

Управляемый фазовый сдвиг фазовращателей в составе апертуры фазированной антенной решетки (для каждого фазовращателя свой фазовый сдвиг) задается внешней системой для формирования заданной диаграммы направленности решетки.The controlled phase shift of the phase shifters as part of the aperture of the phased antenna array (for each phase shifter has its own phase shift) is set by an external system to form a predetermined beam pattern.

Для того, чтобы переключить фазовращатель (сообщить электромагнитной волне другой управляемый фазовый сдвиг) необходимо подать на выводы управления 3 от внешней системы управления соответствующие этому фазовому сдвигу импульсы управления.In order to switch the phase shifter (to inform the electromagnetic wave of another controlled phase shift), it is necessary to apply control pulses corresponding to this phase shift to the control terminals 3 from the external control system.

В опытном образце фазовращателя был использован ферритовый стержень из материала М1СЧ12-1 диаметром 2,4 мм и длиной 23 мм, имеющий покрытие 1 мкм меди и 1 мкм никеля. Металлические фланцы изготовлены из сплава Д16Т и имеют гальваническое покрытие хим.окс.э.In the prototype phase shifter, a ferrite rod of material M1SCh12-1 with a diameter of 2.4 mm and a length of 23 mm was used, having a coating of 1 μm copper and 1 μm nickel. Metal flanges are made of alloy D16T and have a galvanic coating chemical.ox.e.

Каркас катушки изготовлен из термореактивной пластмассы ДСВ-4-Р-2М марки Л. Керамический диск диаметром 3,25 мм и длиной 3,1 мм изготовлен из ситала СТ38. Магнитопроводы изготовлены из материала М107П-3. Поперечные габариты изделия составляют ⌀6,3 max. Общая длина изделия составляет 43 мм. Фазовращатель имеет следующие основные параметры: диапазон рабочих частот более 3% в 8 - мм диапазоне,The coil frame is made of thermosetting plastic DSV-4-R-2M grade L. The ceramic disc with a diameter of 3.25 mm and a length of 3.1 mm is made of CT38 sieve. Magnetic cores are made of material M107P-3. The transverse dimensions of the product are ⌀6.3 max. The total length of the product is 43 mm. The phase shifter has the following main parameters: operating frequency range of more than 3% in the 8 mm range,

вносимые потери: максимальные не более 1,7 дБinsertion loss: maximum not more than 1.7 dB

средние не более 1,2 дБ, полный цикл переключения не более 100 мкс,average no more than 1.2 dB, full switching cycle no more than 100 μs,

средняя энергия переключения не более 80 мкДж.the average switching energy is not more than 80 μJ.

Как видно из описания предлагаемого устройства и технологии его сборки, основанной на склейке элементов с помощью промышленных клеев, заявляемая полезная модель может быть реализована в условиях промышленного производства.As can be seen from the description of the proposed device and its assembly technology, based on the gluing of elements using industrial adhesives, the claimed utility model can be implemented in industrial production.

Claims

Microwave ferrite phase shifter, containing a coaxially located ferrite cylindrical rod with metallization of the side surface, a coil with a control winding on a frame covering a ferrite rod, two magnetic circuits symmetrically located on both sides of the control winding, covering it, step coordinators adjacent to two opposite sides to the ends of the ferrite rod, flanges to ensure the docking of the device with the input and output waveguide paths, characterized in that as The structure of the coil of the device serves as the frame of the coil made of plastic, to which, for example, glue is attached, a ferrite rod, magnetic cores and flanges on two opposite sides with coordinators fixed in them, made, for example, of fluoroplastic, into each of which a cylindrical rod is inserted or a disk of a dielectric material, whose dielectric constant is higher than the dielectric constant of the matching material, for example, from glass, in contact with the corresponding non-metal the lysed ends of the ferrite rod, the ends of which are inserted into the holes of the flanges, the lateral surface of the ferrite rod is metallized throughout, the magnetic cores are made of soft magnetic material with a rectangular hysteresis loop, have an elongated U-shape and are inserted with legs from two opposite sides into the rectangular recesses in the frame the coil to contact with the ferrite rod with the formation of a closed magnetic circuit, the coil frame has an internal longitudinal hole to accommodate erritic rod.