волноводный регулируемый диэлектрический фазовращатель

Формула изобретения

1. Волноводный регулируемый диэлектрический фазовращатель, содержащий отрезок прямоугольного волновода и диэлектрический элемент, выполненный с возможностью изменения его размеров, отличающийся тем, что диэлектрический элемент выполнен в виде двух или более диэлектрических стержней, установленных перпендикулярно широкой стенке прямоугольного волновода, разнесенных вдоль прямоугольного волновода с шагом, меньшим четверти длины волны в прямоугольном волноводе, и выполненных с возможностью смены их через отверстия в широких стенках прямоугольного волновода и съемные части короткозамкнутых отрезков предельных волноводов, связанных через данные отверстия с прямоугольным волноводом и жестко закрепленных на наружных широких стенках прямоугольного волновода, при этом диэлектрические стержни имеют центральную часть, размещенную между широкими стенками прямоугольного волновода и крайние симметричные части, обеспечивающие плотное закрепление диэлектрических стержней в упомянутых короткозамкнутых отрезках предельных волноводов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диэлектрические стержни и короткозамкнутые отрезки предельных волноводов имеют, соответственно, круглое, квадратное или иное поперечное сечение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиотехники сверхвысоких частот и может быть использовано, например, для изменения фазы проходящего сигнала в трактах радиолокационных, телевизионных и связных устройств.

Известен волноводный регулируемый диэлектрический фазовращатель, содержащий отрезок прямоугольного волновода и расположенный внутри волновода диэлектрический элемент, выполненный в виде вставки (Саусворт Д.К. Принципы и применение волноводной передачи. - М.: Советское радио, 1955, с.343-344). Величина вносимого фазового сдвига при распространении волны в волноводе для данного диэлектрического материала вставки прямо пропорциональна длине вставки. Недостатком этого фазовращателя является отсутствие оперативной регулировки фазового сдвига, так как для изменения вносимого фазового сдвига необходимо разобрать тракт и сменить в фазовращателе диэлектрическую вставку.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является волноводный регулируемый диэлектрический фазовращатель, в котором диэлектрический элемент, выполненный в виде длинной пластины, вводится через щель в центре широкой стенки прямоугольного волновода, что приводит к уменьшению длины волны в волноводе и, следовательно, к изменению вносимого фазового сдвига (Харвей А.Ф. Техника сверхвысоких частот, т.1. - М.: Советское радио, 1965, с.178-179). Недостатками этого фазовращателя являются большая рабочая длина, что затрудняет встраивание его в тракты устройств, и относительно малая пропускаемая мощность вследствие низкой электрической прочности. Эти недостатки обусловлены тем, что для обеспечения хорошего согласования диэлектрическая пластина выполняется с достаточно длинными согласующими скосами, а воздушные зазоры между диэлектрической пластиной и широкой стенкой приводят к существенному снижению электрической прочности фазовращателя.

Решаемой задачей (техническим результатом) является увеличение пропускаемой фазовращателем мощности за счет повышения электрической прочности и уменьшения размеров (длины) фазовращателя, что облегчает встраивание его в тракты устройств.

Технический результат (решаемая задача) достигается тем, что в волноводном регулируемом диэлектрическом фазовращателе, содержащем отрезок прямоугольного волновода и диэлектрический элемент, выполненный с возможностью изменения его размеров, согласно изобретению диэлектрический элемент выполнен в виде двух или более диэлектрических стержней, установленных перпендикулярно широкой стенке прямоугольного волновода, разнесенных вдоль прямоугольного волновода с шагом, меньшим четверти длины волны в прямоугольном волноводе, и выполненных с возможностью смены их через отверстия в широких стенках прямоугольного волновода и съемные части короткозамкнутых отрезков предельных волноводов, связанных через данные отверстия в широких стенках с прямоугольным волноводом и жестко закрепленных на наружных широких стенках прямоугольного волновода. Диэлектрические стержни выполнены таким образом, что имеют центральную часть, которая размещается между широкими стенками прямоугольного волновода, и крайние симметричные части, обеспечивающие плотное закрепление диэлектрических стержней в упомянутых короткозамкнутых отрезках предельных волноводов.

Благодаря наличию отличительных признаков рабочая длина фазовращателя, определяемая, в основном, расстоянием между диэлектрическими стержнями, оказывается очень малой. Это объясняется тем, что шунтирующие реактивные проводимости диэлектрических стержней имеют индуктивный характер, поэтому для обеспечения хорошего согласования расстояние между стержнями должно составлять менее четверти длины волны в волноводе. Так, рабочая длина фазовращателя с двумя диэлектрическими стержнями (с учетом толщины стержней) будет около половины длины волны в волноводе. Кроме того, фазовращатель имеет высокую электрическую прочность (способность пропускать большую мощность) в связи с тем, что отсутствует воздушный зазор между диэлектриком и широкой стенкой волновода, так как концы стержней находятся у короткозамыкающих стенок предельных волноводов, где напряженность электрического поля очень мала. Регулировка вносимого фазовращателем фазового сдвига осуществляется сменой диэлектрических стержней через съемные короткозамыкающие стенки предельных волноводов на стержни с другими размерами поперечного сечения в области центральной части стержня.

Изобретение поясняется на чертежах фиг.1 и фиг.2, на которых приведен пример конкретного выполнения изобретения - волноводного регулируемого диэлектрического фазовращателя.

На фиг.1 показан волноводный регулируемый фазовращатель с двумя диэлектрическими стержнями круглого поперечного сечения, на фиг.2 - с тремя диэлектрическими стержнями.

Волноводный регулируемый диэлектрический фазовращатель (фиг.1) содержит отрезок прямоугольного волновода 1, в котором установлены перпендикулярно широкой стенке два диэлектрических стержня 2, разнесенные вдоль волновода с шагом L, который несколько меньше четверти длины волны в волноводе. Стержни крепятся в короткозамкнутых отрезках предельных волноводов 3, связанных с прямоугольным волноводом через отверстия в широких стенках и жестко закрепленных на широких стенках прямоугольного волновода. Для смены диэлектрических стержней 2 короткозамкнутые отрезки предельных волноводов, размещенные на одной из широких стенок прямоугольного волновода, имеют съемные стенки 4, имеющие хороший электрический контакт со стенками короткозамкнутых отрезков предельных волноводов. Для обеспечения нормальной работы фазовращателя диаметр D короткозамкнутого отрезка предельного волновода должен быть не более 0.3· , а длина l - не менее 1.1·D· , где а - ширина прямоугольного волновода, - диэлектрическая проницаемость материала стержня. Диэлектрические стержни 2 выполнены таким образом, что крайние симметричные части, обеспечивающие крепление в прямоугольном волноводе, имеют диаметр, равный диаметру короткозамкнутого отрезка предельного волновода, а центральная часть, расположенная между широкими стенками прямоугольного волновода, может иметь (для получения требуемой величины вносимого фазового сдвига) диаметр d, который равен или меньше диаметра короткозамкнутого отрезка предельного волновода.

На фиг.2 показан фазовращатель с тремя диэлектрическими стержнями.

Диэлектрические стержни имеют разные диаметры поперечного сечения центральной части стержня, а именно d ₁, d₂ и d₁ соответственно. Выполнение среднего стержня с диаметром центральной части d₂>d₁ позволяет получить хорошее согласование в более широкой полосе частот, чем в фазовращателе с двумя диэлектрическими стержнями, при той же величине вносимого фазового сдвига.

Был изготовлен макет изобретения - волноводный регулируемый фазовращатель с двумя диэлектрическими стержнями из фторопласта - 4 на волноводе сечением 72×34 мм. Короткозамкнутые отрезки предельных волноводов диаметром D=14 мм были расположены по середине широких стенок волновода и разнесены вдоль волновода на расстояние L=30 мм. Длина короткозамкнутых отрезков предельных волноводов l=20 мм. Диаметр крайних частей диэлектрических стержней был равен диаметру короткозамкнутых отрезков предельных волноводов, т.е. 14 мм, а центральная часть была выполнена диаметром 4, 6, 8, 10, 12 и 14 мм. Испытания показали, что вносимый фазовый сдвиг парой стержней диаметром d=4 мм составляет 2°, а диаметром d, равным 6, 8, 10, 12 и 14 мм соответственно, 4°, 6°, 10°, 14° и 20°. КСВ в полосе частот 10% не более 1.1 для любой пары одинаковых стержней. Испытания макета фазовращателя на установке большого уровня мощности подтвердили работоспособность при больших величинах импульсной (1МВт) и средней (10 кВт) мощности.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет создать волноводный регулируемый диэлектрический фазовращатель, который имеет малые размеры, хорошее согласование в широкой полосе частот и способен работать при большой импульсной и средней мощности.