Фазообертач

Фазообертач, що містить відрізок прямокутного хвилеводу, пластину з П-подібним вирізом, вісь якої обернена в бік поперечної осі відрізка прямокутного хвилеводу, та pin-діоди, який відрізняється тим, що зазначені pin-діоди встановлені своїми п-контактами на внутрішньому боці вузької стінки прямокутного відрізка хвилеводу, а р-контактами підключені до П-подібної пластини, вісь симетрії якої співпадає з поперечною віссю симетрії відрізка прямокутного хвилеводу, яка паралельна до його широкої стінки, при цьому фазообертач складається з дюдних секцій, що включають зазначені П-подібні пластини з pin-діодами з можливістю попарного підключення ВІДПОВІДНО ДО комбінації за критерієм одержання мінімальних втрат потужності, що пропускається, з одночасним забезпеченням необхідної точності фазового зсуву, а також постійного запам'ятовуючого пристрою, на входи якого подають сигнали коду частоти і коду фази, а виходи з'єднані з дюдними секціями у ВІДПОВІДНОСТІ до одержаної комбінації Винахід належить до техніки надвисоких частот (НВЧ) і призначений для зміни фази електромагнітної хвилі в радіотехнічних приладах у широкій смузі частот за наявності високого рівня потужності електромагнітної хвилі Винахід може використовуватись для керування фазою сигналу, який проходить через пристрій, наприклад, у приймально-передавальних фазованих антенних решітках (ФАР) Перший відомий дискретний фазообертач (ФО) за Авторським свідоцтвом СРСР № 1775762, МПК Н01Р 1/185, від 09 09 90 р побудований на відрізку прямокутного хвилеводу і містить ріпдюди, р-контакти яких з'єднані електричним дротом, підключеним до кола живлення через вузьку стінку відрізка хвилеводу Крім того, перший відомий дискретний фазообертач містить ємнісну діафрагму, поперек щілини якої встановлені зазначені pin-діоди і у зазорі якої розміщений металевий перемикач Щілину ємнісної діафрагми виконано з двома прямокутними виступами, рознесеними на протилежні кромки щілини один проти одного між віссю відрізка хвилеводу, перпендикулярно його широким стінкам Ділянку щілини, яка включає ріп - діоди, заповнено введеним діелектриком Перший винахід-аналог розв'язує задачу підвищення швидкодії за умов використання ріп дюдів у діапазоні фазового зсуву, що вноситься, а також задачу збільшення механічної МІЦНОСТІ ОСНОВНІ недоліки технічного рішення за першим винаходом-аналогом полягають у - необхідності досить складного індивідуального підстроювання кожної секції, - ускладненні конструкції за рахунок ємнісної діафрагми, - відносно низькому рівню НВЧ потужності, що пропускається, зумовленому низьким відводом тепла, розсіюваного на pin-діодах Цьому сприяє розміщення pin-діодів у середині хвилеводу на діелектричній поверхні, - невисокій надійності (безвідмовність і строки експлуатації) застосованих у пристрої ріп-дюдів, зумовленій ускладненими температурними умовами експлуатації, - відносно невеликій швидкодії пристрою при використанні малоємнісних ріп-дюдів Другий відомий дискретний фазообертачаналог за патентом СРСР №1 80 6427, МПК Н01Р 1/185, від 31 01 99 р частково вирішує задачу збільшення НВЧ потужності, що пропускається, за умов збереження робочої частоти Другий відомий винахід-аналог включає хвилевод, металеву пластину, розміщену всередині хвилеводу, встановлену на діелектричній ПІДЛОЖЦІ металеву пластину, керуючі діоди, які одним кон (О ю 54746 лених відносно низьким відводом тепла, розсіюватактом підключені до металевої пластини ного на pin-діодах Цьому сприяє розміщення ріпКрім того, другий відомий фазообертач-аналог дюдів у середині хвилеводу, характеризується тим, що зазначену діелектричну - невисокій надійності (безвідмовність і строки підложку розміщено в центрі хвилеводу паралельексплуатації) застосованих у пристрої ріп-дюдів но площині вектора напруженості електричного зумовленій ускладненими температурними умополя Ё, а зазначена металева пластина з'єднана з вами експлуатації, одним боком хвилеводу, а також додатковим введенням керуючих смужок, виконаних з металу, які - відносно невеликій швидкодії пристрою мають еліпсовидну форму і відокремлені від метаТаким чином, пристрій-прототип, як і кожний з левої пластини зазорами Керуючі діоди другим пристроїв - аналогів, не може забезпечити односвоїм контактом приєднані до керуючих смужок часно істотне збільшення рівня потужності прохідного сигналу і високу швидкодію за наявності поГоловний недолік другого відомого фазооберкращення електричних характеристик (наприклад, тача-аналога полягає в точності встановлення фази, зменшення втрат - ускладненні конструкції за рахунок керуючих потужності тощо) Вирішення задачі поліпшення смужок та інших елементів які введено в середину однієї із зазначених характеристик у наведених хвилеводу, пристроях-аналогах і пристрої - прототипі не за- наявності певних обмежень для підвищення безпечує поліпшення, а ІНОДІ навіть пов'язане з рівня НВЧ потужності, що пропускається, зумовпогіршенням інших характеристик лених низьким відводом тепла, розсіюваного на pin-діодах Цьому сприяє розміщення pin-діодів у В основу винаходу поставлено задачу у фазосередині хвилеводу на діелектричній поверхні, обертачі за рахунок поліпшення схемно - конструкторських характеристик щодо забезпечення кра- невисокій надійності (безвідмовність і строки щого відводу тепла, яке виділяється на ріп-дюдах, експлуатації) застосованих у пристрої ріп-дюдів а також виключення необхідності індивідуального зумовленій ускладненими температурними умопідстроювання керуючих елементів забезпечити вами експлуатації, усунення недоліків пристрою-прототипу, а саме - відносно невеликій швидкодії пристрою підвищити рівень НВЧ потужності, що пропускаНайбільш близьким до запропонованого винається, одночасно з високим рівнем швидкодії приходу за технічною суттю і результатом, на досягстрою, спрощенням конструкції і поліпшенням його нення якого направлений винахід, є технічне ріелектричних характеристик шення, відоме з Авторського свідоцтва СРСР № 1775761, МПКН01 1/185, від 09 04 90 р Це технічПоставлену задачу вирішено у запропоноване рішення прийняте авторами як прототип ному фазообертачі, що включає відрізок прямокутного хвилеводу, пластину з П-подібним вирізом, Фазообертач-прототип частково позбавлений вісь якої обернена в бік поперечної осі зазначеновід недоліків наведених винаходів-аналопв, а саго відрізка прямокутного хвилеводу, та ріп-дюди, ме вирішує задачі спрощення настроювання приякі встановлені своїми п - контактами на внутрішстрою в робочій смузі частот і підвищення швидньому боці вузької стінки цього відрізка прямокуткодії пристрою при використанні малоємнісних ріпного хвилеводу, а р-контактами підключені до Пдюдів подібної пластини, вісь симетрії якої співпадає з Фазообертач-прототип виконаний на відрізку поперечною віссю симетрії відрізка прямокутного прямокутного хвилеводу і включає пластину з Пхвилеводу, паралельної до його широкої стінки подібним вирізом, вісь якої обернена в бік попереПри цьому фазообертач включає до свого складу чної осі відрізка прямокутного хвилеводу, і ріпдюдні секції, що складаються із зазначених ПДІОДИ подібних пластин і ріп-дюдів, зв'язаних з ними, з Крім того фазообертач-прототип включає ємможливістю попарного підключення ріп-дюдів ВІДнісну діафрагму, впоперек щілини якої включені ПОВІДНО до комбінації за критерієм одержання мізазначені pin-діоди Р - контакти pin-діодів з'єднані німальних втрат пропускання потужності з одночаелектричним дротом, підключеним до кола живсним забезпеченням необхідної точності фазового лення через вузьку стінку хвилеводу Металевий зсуву, а також включає постійний запам'ятовуючий перемикач розміщено в зазорі ємнісної діафрагми пристрій (ПЗП), на вході якого подаються коди Pin-діоди встановлені n-контактами на зазначеній частоти і коди фази, а виходи - підключені до вхопластині з П-подібним вирізом, вісь якого співпадів дюдних секцій у ВІДПОВІДНОСТІ до зазначеної дає з віссю симетрії щілини комбінації Головні недоліки фазообертача - прототипу полягають у Використання фазообертача за винаходом забезпечить (у порівнянні з пристроями-аналогами і - ВІДНОСНІЙ складності конструкції, яка пов'язапрототипом) в єдиному пристрої на з розміщенням pin-діодів у середині хвилеводу, - необхідності підстроювання за допомогою - завдяки монтажу ріп-дюдів на внутрішньому переміщуваних діафрагм, боці вузької стінки відрізка прямокутного хвилеводу, стінки якого безпосередньо межують з оточую- відносно низькій серійнопридатності (необчим середовищем, і незначному тепловому опору хідність індивідуального підходу випливає із засистеми "дюд-метал (якщо діод закріплено за дозначених вище недоліків, а застосування фазоопомогою металевої, наприклад, мідної, скоби) бертачів, наприклад, у фазованих антенних оточуюче середовище" решітках (ФАР) вимагає великої КІЛЬКОСТІ ОДНОТИПНИХ фазообертачів), - значне збільшення рівня прохідної потужнос- наявності певних обмежень для підвищення ті, рівня НВЧ потужності, що пропускається, зумов- поліпшення умов експлуатації ріп-дюдів, тоб 54746 то підвищення надійності (безвідмовність і строки но нього (що забезпечує НВЧ генерацію) Дюдні експлуатації) пристрою, секції 1 (N штук) розміщені на вузькій СТІНЦІ хвилеводу 2 на відстані Я.в/4 завдяки застосуванню ПЗП, на входи якого подаються сигнали коду частоти і коду фази, а Крім того, деякі дюдні секції, принаймні не виходи з'єднані з дюдними секціями у ВІДПОВІДНОСменш, ніж 50% від їх загальної КІЛЬКОСТІ, ідентичні, ТІ до зазначеної комбінації, а також можливості тобто мають однакові дискрети фази (наприклад, попарного включення pin-діодів з використанням 11,25° або 22,5°, або 15° т д ) П-подібної пластини забезпечується КІЛЬКІСТЬ ДІОДНИХ секцій N визначається необ- збільшення точності керування пристроєм і хідним фазовим дискретом точності встановлення фазового дискрету, Вибором КІЛЬКОСТІ діодних секцій 1, величиною - можливість виключення елементів підстроюдискрету секції, а також комбінацією їх включення і вання діодних секцій із конструкції фазообертача, виключення забезпечується точність фазового - зменшення втрат НВЧ потужності дискрету і одночасно мінімізація втрат потужності, Практичне використання пристрою за винахояка пропускається Наприклад, для одержання дом, наприклад, у ФАР забезпечить фазового зсуву від 0° до 360° з дискретом 22,5 ° у конструкції фазообертача можна застосувати 16 - збільшення дальності визначення ЦІЛІ, діодних секцій (тобто N = 16) з дискретом 22,5° - поліпшення точності визначення координат, Або, наприклад, цей самий результат можна за- зниження рівня бокових пелюстків антени безпечити, застосовуючи 24 діодних секції (N = З наведеного видно, що усі ознаки із сукупнос24), з яких 16 штук повинні мати дискрет фази ті істотних ознак запропонованого фазообертача 11,25°, а 8 штук -22,5° (наведеної у формулі винаходу), мають причиннонаслідковий зв'язок і завдяки своїй взаємодії заФункціональна схема керування фазообертабезпечують досягнення результату, на який начем ( див фіг 2) включає N діодних секцій 1, встаправлено винахід новлених у хвилеводі 2 за допомогою металевої Базуючись на тому, що кожна нова ознака, яку вставки (на фіг 2 не наведено) Ріп-дюди 4, вставведено у відому сукупність ознак фазообертачановлені на зазначеній вставці своїми п - контактапрототипу, є необхідною і достатньою для визнами 4а Р-контакти 46 пари ріп - ДІОДІВ 4 у кожній чення фазообертача за винаходом, а також врадюдній секції 1 з'єднані електрично за допомогою ховуючи, що зазначені ознаки пов'язані між собою П-подібної пластини (на фіг 2 не наведена), серепричинно-наслідковим зв'язком, зроблено виснодину якої підключено до загального контакту 7 вок про те, що сукупність ознак, що заявляється, є живлення зазначеної пари pin-діодів До зазначеновою і відповідає критерію "новизна" них загальних контактів 7 живлення кожної пари ріп-дюдів 4, загальна КІЛЬКІСТЬ ЯКИХ відповідає КІІнформації про виконання поставленої задачі ЛЬКОСТІ ДІОДНИХ секцій - N, підключені своїми вихоза рахунок запропонованої нової сукупності ознак дами ВІДПОВІДНО N комутаційних струмових ключів авторами не виявлено Базуючись на цьому, мож8, зв'язаних своїми входами з окремими виходами на стверджувати, що запропонований винахід відПЗП - 9, на входи яких поступають код частоти і повідає критерію "технічний рівень" Суть винаходу код фази (в рівнях ТТЛ) Комутаційний ключ 8 випояснюється графічними матеріалами конано, наприклад, за схемою стандартного струНа фіг 1 наведено приклад конструкції фазоомового ключа, що може знаходитись у двох стабертача за винаходом нах наявності електричного струму і відсутності На фіг 2 зображено приклад функціональної останнього схеми керування фазообертачем На фіг 3 наведено приклад можливого алгориФіг 3 пояснює роботу запропонованого фазоотму підбора комбінацій включених і виключених бертача Після збірки фазообертача, коли у хвидіодних секцій левод впаяні дюдні секції, за допомогою ЕОМ за Фазообертач (див фіг 1) включає набір із N діалгоритмом, наведеним на фіг 3, виконується підодних секцій 1, встановлених ВІДПОВІДНО В N пазів бір комбінації включених (під струмом) і виключевузької стінки хвилеводу 2 Кожна дюдна секція 1 них (без струму) діодних секцій із загальної КІЛЬКОскладається з металевої вставки 3, яку виготовлеСТІ N згідно з критерієм мінімального зсуву фаз і но, наприклад, з МІДІ, І яка за умов встановлення в одержання одночасно мінімальних втрат пропуспаз хвилеводу 2 стає складовою частиною його кання За результатами одержаних комбінацій вузької стінки зі збереженням розмірів внутрішньопроводять обпалювання ГОП - 9, які при включенні го каналу хвилеводу На кожній вставці 3 змонтоу схему керування (див фіг 2) дозволяють за наяввані n-контактами по два ріп-дюди 4 і діелектрична ності ВІДПОВІДНИХ кодів частоти і кодів фази, які пластина 5, на якій, наприклад, за допомогою споподаються на їх входи, одержати на виході сигнасобу друкування, нанесено П-подібну пластину 6 ли для керування струмовими ключами ВІДПОВІДДо П-подібної пластини 6 приєднані р-контактами НИХ ДІОДНИХ секцій За умов надходження сигналу ріп-дюди 4, наприклад за допомогою термокомпкерування на вхід струмового ключа у ВІДПОВІДНІЙ ресорного зварювання Середина П-подібної пласДЮДНІЙ секції формується прямий струм від джетини 6 підключена до загального контакту 7 живрела живлення (наприклад, +5В), а за умов відсутлення пари ріп-дюдів 4, який пропущено крізь ності зазначеного сигналу з виходу ПЗП -9 струсередину металевої вставки 3 вузької стінки хвимові ключі формують відсутність струму в дюдній леводу 2 із зовні Цей контакт приєднано до струсекції, подаючи від'ємний потенціал на ріп-дюди 4 мового ключа (на фіг 1 не наведений, див позицію (ВІДПОВІДНО ДО позначень на фіг 1 і 2) Фазове набі8 на фіг 2) Таким чином, загальний контакт 7 розгання формується за рахунок різниці фаз між двоміщено так, що неоднорідності симетричні відносма станами дюдні секції під струмом (подається 54746 +5B) і дюдні секції без струму (подається -27В) Код фази і код частоти формують цифровий код для одержання дискретів фази від 0° ДО 360° (наприклад, 11,5°, 22,5° і т д ) за Умов будь-якої часто та, що задається користувачем фазообертача Таким чином, створений у ВІДПОВІДНОСТІ ДО 8 формули винаходу фазообертач дозволяє одержати очікуваний результат Для практичної реалізації (виконання) фазообертача за винаходом використовують лише ВІДОМІ І широко застосовні для техніки НВЧ технологи, прийоми, матеріали і комплектуючі елементи ФІГ. 1 4а 46 Код частоти Код фази Фіг. 2 10 54746 КАЛИБРОВКА ВИМІРЮВАЧІ УСТАНОВКА АпорогУ ПОРОГ -граа ВИМІРЮВАННЯ А (дБ), ф (гряд) РОЗШИРЕННЯ ПОРОГОВОГО РІВНЯ А, ф так РЕГІСТРАЦШ ВИМІРЯНИХ А (дБ), < (град.) р РЕГІСТРАЦШ КОМБІНАЦІЙ ВКЛЮЧЕНИХ ДІОДНИХ СЕКЦІЙ ВИХІД Фіг. З Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24