SU1762346A1

SU1762346A1 - Waveguide phase shifter

Info

Publication number: SU1762346A1
Application number: SU894700565A
Authority: SU
Inventors: Александр Николаевич Гордин
Original assignee: Предприятие П/Я А-7665
Priority date: 1989-06-05
Filing date: 1989-06-05
Publication date: 1992-09-15

Abstract

Изобретение относитс к устройствам СВЧ и может быть использовано в волноводных трактах дл изменени фазы проход щего сигнала. Целью изобретени вл етс упрощение конструкции. Волноводный фазовращатель содержит отрезок пр моугольного волновода 1, в котором установлен диск 2, который параллелен широкой стенке отрезка пр моугольного волновода 1 и имеет возможность поворачиватьс . На диске 2 параллельно одна другой к оси вращени установлены металлические пластины 6, рассто ние между ними одинаково 1 з.п. ф-лы, 1 ил.The invention relates to microwave devices and can be used in waveguide paths to change the phase of a transmitted signal. The aim of the invention is to simplify the design. The waveguide phase shifter contains a segment of a rectangular waveguide 1 in which a disk 2 is installed, which is parallel to the wide wall of a segment of a rectangular waveguide 1 and has the ability to rotate. On the disk 2, parallel to each other, metal plates 6 are mounted to the axis of rotation, the distance between them being the same 1 hp. f-ly, 1 ill.

Description

Изобретение относитс к области радиотехники СВЧ и может быть использовано дл управлени величиной фазового сдвига электромагнитной волны в волноводных лини х передачи и фазированных антенных решетках.The invention relates to the field of microwave radio engineering and can be used to control the magnitude of the phase shift of an electromagnetic wave in waveguide transmission lines and phased antenna arrays.

Известен волноводный фазовращатель, содержащий отрезок пр моугольного волновода , через щель в узкой стенке которого введена диэлектрическа пластина Изменение фазового сдвига происходит при перемещении диэлектрической пластины в волноводе. При перемещении диэлектрической пластины в область большей концентрации электромагнитного пол увеличиваетс замедление волны в волноводе и растет запаздывание.A waveguide phase shifter is known, comprising a segment of a rectangular waveguide through which a dielectric plate is inserted through a slot in a narrow wall. A phase shift occurs when a dielectric plate moves in a waveguide. As the dielectric plate moves to a region with a higher concentration of the electromagnetic field, the wave slows down in the waveguide and delays increase.

Известна конструкци проста в изготовлении , имеет незначительные габаритные размеры, надежна и долговечна.The known structure is easy to manufacture, has small dimensions, reliable and durable.

Однако, наличие диэлектрической пластины в волноводе измен ет коэффициент отражени проход щей волны в отдельных случа х до 15% (в зависимости от материала диэлектрика). Дл лучших материаловHowever, the presence of a dielectric plate in the waveguide changes the reflection coefficient of the transmitted wave in some cases up to 15% (depending on the material of the dielectric). For the best materials

диэлектрика, например, керамика ПТ-5, ко- эффициент отражени составит 5-6%. Изме- С/) нение коэффициента отражени зависит от f положени диэлектрической пластины в волноводе, что приводит к зависимости ам- плитуды от фазы сигнала, что вл етс нежелательным при работе фазовращател в фазированных антенных решетках.dielectric, for example, PT-5 ceramics, the reflection coefficient will be 5-6%. The measurement of the reflection coefficient depends on the position of the dielectric plate in the waveguide, which leads to the dependence of the amplitude on the signal phase, which is undesirable when the phase shifter is operated in phased antenna arrays.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату вл етс волно- |Ч} водный фазовращатель, содержащий пр - Јд} моугольный волновод, в котором размещен , N. фазосдвигающий элемент из поворотных IQ металлических пластин, ось вращени кото- I рых св зана с элементом управлени . В из- . вестной конструкции оси вращени двух пластин параллельны друг другу и перпен- дикул рны оси пр моугольного волновода. Управл ющий элемент каждой металлической пластины выполнен в виде двух катушек , расположенных ортогонально, и посто нного магнита, установленного между ними, и закрепленного на той же оси. Отсутствие в конструкции фазовращател The closest to the proposed invention in its technical essence and the achieved result is a wave-| Ч} water phase-shifter containing a rectangular carbon waveguide in which N. is a phase-shifting element made of rotary IQ metal plates, the axis of rotation of which is with control element. In iz- The known construction of the axis of rotation of the two plates is parallel to each other and perpendicular to the axis of the rectangular waveguide. The control element of each metal plate is made in the form of two coils, arranged orthogonally, and a permanent magnet mounted between them and fixed on the same axis. The lack of design phase shifter

элементов из диэлектрических материалов позвол ет снизить потери СВЧ-мощности, а электромеханическое управление поворотом пластин обеспечивает быстродействие фазовращател .elements made of dielectric materials reduce the loss of microwave power, and the electromechanical control of the rotation of the plates ensures the speed of the phase shifter.

Недостатком такого фазовращател вл етс сложность конструкции, обусловленна наличием двух параллельных осей поворотов и сложность элемента управлени поворотом пластин, обеспечивающего необходимую синхронизацию поворота осей. The disadvantage of such a phase shifter is the complexity of the design, due to the presence of two parallel axes of turns and the complexity of the control element of the rotation of the plates, providing the necessary synchronization of the rotation of the axes.

Наличие в волноводе двух пластин, закрепленных на ос х, проход щих через узкие стенки волновода, приводит к трехкратному уменьшению высоты волновода , и, следовательно, резкому снижению электрической прочности фазовращател . К тому же электрическа прочность в конструкции фазовращател измен етс в диапазоне регулировани фазы, что в р де случаев вл етс недопустимым.The presence in the waveguide of two plates fixed on the axis passing through the narrow walls of the waveguide leads to a threefold decrease in the height of the waveguide, and, consequently, a sharp decrease in the dielectric strength of the phase shifter. In addition, the electrical strength in the design of the phase shifter varies in the range of phase control, which is unacceptable in some cases.

Целью предлагаемого изобретени вл етс упрощение конструкции.The aim of the invention is to simplify the design.

Поставленна цель достигаетс тем, что в волноводном фазовращателе, содержащем пр моугольный волновод, в котором размещен фазовращающий элемент, из поворотных металлических пластин, ось вращени которых, проход ща через стенку волновода, св зана с элементом управлени , согласно изобретению, пластины закреплены на металлическом диске перпендикул рно его поверхности, на равном рассто нии друг от друга, а диск расположен параллельно широкой стенке волновода и соединен с осью вращени .The goal is achieved by the fact that in a waveguide phase shifter containing a rectangular waveguide containing a phase rotating element, rotary metal plates, the axis of rotation of which passes through the wall of the waveguide is connected to the control element according to the invention, the plates are fixed on a metal disk perpendicular to its surface, at an equal distance from each other, and the disk is parallel to the wide wall of the waveguide and connected to the axis of rotation.

Кроме того с целью увеличени фазового сдвига, диск выполнен с диаметром, равным ширине широкой стенки волновода, толщина пластин d выполнена равной (0,01- 0,011)Ае, а рассто ние между пластинами с равно (0,018-0,022)Ав, где Ав -длина волны в волноводе.In addition, in order to increase the phase shift, the disk is made with a diameter equal to the width of the wide wall of the waveguide, the thickness of the plates d is equal to (0.01-0.011) Ae, and the distance between the plates with is equal to (0.018-0.022) Av, where Av - wavelength in the waveguide.

Жесткое закрепление на металлическом диске параллельных и равноотсто щих друг от друга пластин, установленных перпендикул рно поверхности диска, размещение диска параллельно широкой стенке волновода и перпендикул рно оси вращени пластин, проход щей через его центр, обеспечивают симметричность конструкции фазосдвигающего элемента с одной осью вращени , что приводит к упрощению конструкции.Hard fixing on a metal disk parallel and equidistant plates mounted perpendicular to the disk surface, placing the disk parallel to the wide wall of the waveguide and perpendicular to the axis of rotation of the plates passing through its center ensure the symmetry of the design of the single-axis phase-shifting element that leads to a simplified design.

Размер диаметра диска, толщина пластин и рассто ние между ними определ ют длину пути электромагнитной волны. При толщине пластин ,01lAB не обеспечиваетс максимальный фазовый сдвиг, а при ,01 Ав эффективность работы фазовращател снижаетс из-за возникающих краевых эффектов на пластинах. При выбореThe size of the disc diameter, the thickness of the plates and the distance between them determine the path length of the electromagnetic wave. With a plate thickness of 01lAB, the maximum phase shift is not achieved, and at 01 Av, the efficiency of the phase shifter decreases due to the resulting edge effects on the plates. When choosing

рассто ни С между пластинами 0,022 Ав не обеспечиваетс максимальный фазовый сдвиг, а при выборе рассто ни С между пластинами 0,08 Ав работоспособность также снижаетс из-за краевых эффектов наthe distance C between the plates of 0.022 Aa does not provide a maximum phase shift, and when choosing the distance C between the plates of 0.08 A, the efficiency also decreases due to edge effects on

пластинах.plates.

В случае установки диска с меньшим диаметром дл получени максимального фазового сдвига требуетс уменьшение количества пластин, что приводит к неэффективности работы фазовращател .In the case of installing a disk with a smaller diameter, in order to obtain a maximum phase shift, a reduction in the number of plates is required, which leads to inefficiency of the operation of the phase shifter.

Таким образом, за вл емое изобретение имеет признаки отличительные от прототипа , обеспечивающие достижение цели, вл ющейс новым, более высоким результатом по сравнению с тем, который дает прототип.Thus, the claimed invention has distinctive features from the prototype, ensuring the achievement of the goal, which is a new, higher result compared to that which the prototype gives.

При поиске известных в науке и технике решений, совокупность отличительных признаков за вл емого изобретени не вы влена .When searching for solutions known in science and technology, the set of distinctive features of the claimed invention has not been revealed.

Из вышеизложенного следует, что за вл емое техническое решение обладает новизной , существенными отличи ми и обеспечивает получение положительногоFrom the foregoing, it follows that the claimed technical solution has a novelty, significant differences and provides a positive

эффекта.effect.

На чертеже представлен волноводный фазовращатель.The drawing shows a waveguide phase shifter.

Фазовращатель содержит пр моугольный волновод 1, в котором параллельно широкой стенке размещен металлический диск 2. Диск 2 установлен на оси 3 вращени , проход щей через центр диска 2 и отверстие в широкой стенке волновода 1. Ось 3 вращени соединена с элементом управлени 4, который может быть выполнен шаговым двигателем. На диске 2 перпендикул рно его поверхности, на равном рассто нии друг от друга установлены металлические пластины 5.The phase shifter contains a rectangular waveguide 1 in which a metal disk 2 is placed parallel to the wide wall. The disk 2 is mounted on an axis of rotation 3 passing through the center of the disk 2 and an opening in the wide wall of the waveguide 1. The axis of rotation 3 is connected to control 4, which can be performed by a stepper motor. On the disk 2, perpendicular to its surface, metal plates 5 are installed at an equal distance from each other.

Фазовращатель работает следующим образом. Электромагнитна волна, поступающа на вход волновода 1, распростран етс в нем и из-за наличи пластин 5, установленных на диске 2, измен ет фазу,Phaser works as follows. An electromagnetic wave arriving at the input of waveguide 1 propagates in it and, due to the presence of plates 5 installed on disk 2, changes phase

т.к. измен етс длина пути прохождени электромагнитной волны. При этом величина фазового сдвига зависит от ориентации пластин 5 относительно продольной оси волновода 1. Поворотом диска 2 получаютbecause the path length of the electromagnetic wave changes. The magnitude of the phase shift depends on the orientation of the plates 5 relative to the longitudinal axis of the waveguide 1. By turning the disk 2,

необходимый фазовый сдвиг. Минимальный фазовый сдвиг 0° получают при положении пластин 5 параллельно продольной оси волновода 1. Сдвиг фазы 360° получают npi/ положении пластин 5 перпендикул рнсrequired phase shift. The minimum phase shift of 0 ° is obtained when the plates 5 are positioned parallel to the longitudinal axis of the waveguide 1. A phase shift of 360 ° is obtained by npi / position of the plates 5 perpendicular to RNS

продольной оси. Таким образом, предложенный фазовращатель обеспечивает плавный сдвиг фазы от 0° - 360° поворотом диска, имеющего одну ось вращени .longitudinal axis. Thus, the proposed phase shifter provides a smooth phase shift from 0 ° to 360 ° by rotating a disk having a single axis of rotation.

Достоинством предложенной конструк- ции в сравнении с прототипом вл етс упрощение конструкции, что обусловлено симметричностью конструкции фазосдви- гающего элемента, посто нно перекрывающего одну и ту же часть плоскости поперечного сечени волновода, хорошим согласованием устройства.The advantage of the proposed design in comparison with the prototype is the simplification of the design, which is due to the symmetry of the design of the phase-shifting element, which constantly overlaps the same part of the waveguide cross-section plane, and good coordination of the device.

Изготовлен опытный образец и проведены испытани конструкции фазовращател . На частоте 10 ГГц, размеры пр моугольного волновода составили 23x10 мм. Высота пластин 6 мм, толщина пластин 0,3 мм, рассто ние между пластинами 0,7 мм. Получено хорошее совпадение результатов расчета с данными эксперимента.A prototype was made and the design of the phase shifter was tested. At a frequency of 10 GHz, the dimensions of a rectangular waveguide were 23x10 mm. The plate height is 6 mm, the plate thickness is 0.3 mm, the distance between the plates is 0.7 mm. A good agreement was obtained between the calculation results and the experimental data.

Claims

Invention Formula

A waveguide phase shifter comprising a segment of a rectangular waveguide in which metal plates are mounted rotatably, characterized in that, in order to simplify the construction, a disc is inserted mounted parallel to the wide wall of the waveguide rotatably, and the metal plates are fixed on the disc parallel to one another and axis of rotation of the disk at an equal distance from each other.

2. A phase shifter according to claim 1, wherein tl and h a yu y and the fact that, in order to increase the phase shift, the diameter of the disk is equal to the size of the wide wall of a segment of a rectangular waveguide, the thickness of the metal plates is (0.01- 0.011) YV, and the distance between them is (0., 018-0,22) Yav, where Yav is the wavelength in the waveguide.

J