Разработка волноводного фазовращателя на мощность до 5 КВТ

А. А. АНДРЕЕВ, А. С. ИВОНИН

Научный руководитель – М. С. ДМИТРИЕВ, к. т.н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

РАЗРАБОТКА ВОЛНОВОДНОГО ФАЗОВРАЩАТЕЛЯ
НА МОЩНОСТЬ ДО 5 КВТ

Спроектирован и рассчитан волноводный фазовращатель для мощной 5 кВт СВЧ-установки высокотемпературной обработки диэлектрических и полупроводниковых материалов, работающей на частоте (2450 ± 50) МГц. Фазовращатель представляет собой отрезок прямоугольного волновода сечением 90х45 мм2 с двумя подвижными диэлектрическими (фторопластовыми) пластинами, размещенными вдоль узких стенок волновода. Сдвиг фазы выходного сигнала получается путем изменения положения пластин относительно стенок. Фазовращатель обеспечивает требуемый диапазон изменения фазы в 180 градусов и минимальный коэффициент отражения от входа, не превышающий -35 дБ.

В НИЯУ МИФИ на кафедре «Электрофизические установки» разработана установка по высокотемпературной обработке материалов. Для улучшения согласования СВЧ-генератора этой установки и рабочей камеры, представляющей собой высокодобротный цилиндрический СВЧ-резонатор, разработан волноводный фазовращатель [1]. Расчетная модель фазовращателя представлена на рис. 1.

Рис. 1. Расчетная модель фазовращателя

Волноводный тракт представляет собой прямоугольный волновод сечением 90x45 мм2. Фазовращатель спроектирован на основе отрезка прямоугольного волновода с тем же сечением. Фторопластовые пластины, расположенные вдоль узких стенок могут перемещаться вглубь волновода, тем самым увеличивая электрическую длину линии и изменяя фазу на выходе относительно фазы на входе. Пластины имеют треугольные срезы на обоих концах, позволяющие уменьшить отражение.

Проведено численное моделирование конструкции в программе CST Microwave Studio. Рассчитывалась разность фаз на входе и выходе волновода в зависимости от толщины и глубины погружения пластин. Диапазон изменения фазы определялся как разность рассчитанных фаз при максимальном погружении пластин и их крайнем положении у стенок. По результатам моделирования выбраны пластины толщиной 20 мм, обеспечивающие требуемый диапазон изменения фазы в 180 градусов.

Производилась оптимизация угла среза пластин для снижения отражения. Значение оптимального угла находилось из зависимости коэффициента отражения S11 от глубины погружения пластин l и составило 33 градуса. Максимальный коэффициент отражения не превышает -35 дБ (рис.2).

Рис. 2. Зависимость коэффициента отражения от глубины погружения пластин

В настоящее время фазовращатель находится в процессе сборки. Для его изготовления применяется фторопласт марки Ф–4, разработана система перемещения пластин.

Список литературы

1.  , «Техника сверхвысоких частот», Москва, Энергоатомиздат, 2007