[LT] Išradimas priskiriamas mikrobangų įtaisams ir yra taikomas bangolaidžiu sklindančios bangos fazei moduliuoti. Išradimas gali būti ypatingai aktualus, jeigu prietaisas naudojamas agresyvioje terpėje, pvz., aukštos temperatūros, didelio rūgštingumo, stiprios jonizuojančios spinduliuotės sąlygomis. SiC bangolaidinis moduliatorius sudarytas iš 6 pagrindinių mazgų - metalinių cilindrinių bangolaidžių (1), vienas iš kurių skirtas sužadinti pagrindinio tipo bangą SiC bangolaidyje, o kitas skirtas priimti ir perduoti moduliuotą bangą toliau bangolaidiniu traktu; metalinių kontaktų (2); nuolatinės srovės šaltinio (3); SiC bangolaidžio (4). SiC cilindrinis bangolaidis (4) yra sužadinamas jį įstatant į metalinį bangolaidį (1). Bangolaidžio matmenys parinkti tokie, kad sklistų tik pagrindinė banga. SiC bangolaidžio sienelėmis tarp metalinių kontaktų (2) teka srovė, todėl bangolaidžio medžiaga gali būti įkaitinama nuo tam tikros pradinės darbo temperatūros iki galutinės darbo temperatūros, kuri gali siekti 1800 °C. Įtampos impulsais tarp metalinių kontaktų yra keičiama bangolaidžio medžiagos temperatūra. Kintant bangolaidžio medžiagos temperatūrai, keičiasi SiC dielektrinė skvarba ir atsiranda pagrindinės bangos fazės pokytis. Norint greičiau atšaldyti SiC bangolaidį iki pradinės temperatūros, tokiu būdu padidinant prietaiso veikimo spartą, bangolaidžio viduje yra sudarytas išilginis kanalas (5) užpildytas šaldymo agento, ir prijungtas prie aušinimo sistemos (6).
[EN] The invention is assigned to microwave devices and it is applied to modulate a phase of a propagating electromagnetic (EM) mode. The invention may be particularly relevant if the microwave device is used in the aggressive medium, such as high temperature, high acidity and strong ionizing radiation conditions. The SiC waveguide modulator consists of 6 major components – the metal cylindrical waveguides (1), one of that is designed for an excitation of the main mode of SiC waveguide and other one is intended to receive and transmit a modulated wave along a total waveguide system, the metal contacts (2); the direct current source (3); the SiC waveguide (4). The SiC cylindrical waveguide (4) is excited by placing it inside a metal waveguide (1). Dimensions of the SiC waveguide is chosen thus that the main wave only can propagate on the waveguide. The current flows on SiC waveguide tube walls therefore the waveguide material can be heating from some initial operating temperature till the final operating temperature, which may be 1800 °C. The waveguide material temperature is changed by voltage impulses between the metal contacts. The material permittivity also is changed with changing of the temperature and the phase shift of waveguide main mode also is altered. There is a longitudinal channel (5) inside of SiC waveguide that is filled with refrigerant and is connected to a cooling system (6) for a fast freezing of the SiC waveguide till an initial temperature and in this way, increasing the speed of the device operation.
[0001] Išradimas priskiriamas mikrobangų įtaisams ir yra taikomas bangolaidžiu sklindančios bangos fazei moduliuoti. Prietaisas gali dirbti esant aukštai aplinkos temperatūrai.
[0002] Analogiškas prietaisas buvo sukurtas Gric T.; Nickelson L., Asmontas S. (2010). Waveguide Modulator. Patent 5710. Application of Invention 2010-040 is given in Official bulletin of the state patent bureau of the republic of Lithuania 2010/11, 2010-11-25, ISSN 1648-9985, Vilnius.
[0003] Analogas turi vieną esminį trūkumą – tai nepakankamai greitas silicio karbido (SiC) bangolaidžio, galinčio įkaisti iki 1800 °C temperatūros, aušinimas.
[0004] Siekiant išvengti aukščiau minėto trūkumo, yra siūlomas SiC bangolaidinis moduliatorius, sudarytas iš tuščiavidurio cilindrinio SiC bangolaidžio, kurio vidinis kanalas yra užpildytas šaldymo agentu, pvz., freonu. Moduliatorius gali veikti SAD ir YAD diapazonuose, kiekvienam diapazonui yra apskaičiuojamas bangolaidžio spindulys.
[0005] Siūlomo bangolaidinio moduliatoriaus, sudaryto iš cilindrinio SiC bangolaidžio (kurio medžiagos santykinė dielektrinė skvarba priklauso nuo temperatūros), metalinių kontaktų ir nuolatinės srovės šaltinio naujumas yra tas, kad SiC bangolaidis yra tuščiaviduris ir jo vidinis kanalas yra užpildytas šaldymo agentu. Prie tuščiavidurio SiC bangolaidžio prijungta aušinimo sistema.
[0006] Išradimo esmė paaiškinta brėžiniuose, kuriuose parodyti:
[0007] 1 pav. SiC fazės moduliatoriaus konstrukcija.
[0008] 2 pav. SiC-freono bangolaidžio pagrindinio bangos tipo normuoto fazės koeficiento priklausomybės nuo normuoto (pagal išorinį bangolaidžio spindulį) dažnio f·R, prie skirtingų temperatūrų, kai r/R = 0,2.
[0009] Bangolaidinis moduliatorius yra sudarytas iš šešių pagrindinių konstrukcinių dalių (1 pav.). SiC bangolaidis (4) su kanalu (5) yra įstatytas į metalinius bangolaidžius (1). Bangolaidžio (4) galuose yra įbrėžos (2). Šios įbrėžos cilindro galuose sudaro SiC bangolaidį juosiančius metalinius žiedus. Šie žiedai laidais prijungti prie nuolatinės įtampos maitinimo šaltinio (3). Maitinimo šaltinis yra valdomas trumpųjų impulsų. Kai šaltinis (3) įjungtas, SiC bangolaidžio sienelėmis (4) teka nuolatinė srovė, kuri greitai įkaitina bangolaidį. Norint paspartinti įtaiso veikimą ir atkurti pradinę darbo temperatūrą, bangolaidžio centre suformuotas išilginis kanalas (5) yra užpildytas šaldymo agentu, kuris patenka į bangolaidį iš aušinimo sistemos (6). Tokiu būdu, tuščiaviduris SiC bangolaidis yra atšaldomas iki reikiamos temperatūros žymiai greičiau negu bangolaidis, neturintis vidinio išilginio kanalo.
[0010] Dviejų skaičių santykis, t. y., vidinio kanalo spindulio r ir išorinio bangolaidžio spindulio R santykis, priklausantis nuo šaldymo agento medžiagos, turi būti intervale r/R = 0,2–0,5. Priklausomai nuo šaldymo agento ir darbo dažnių diapazono, yra apskaičiuojamas optimalus bangolaidžio kanalo spindulio r dydis. SiC bangolaidžio kanalas (5) sujungtas su aušinimo sistema (6). Bangolaidžio plačiajuostiškumas yra didelis (> 75 %) prie visų darbo temperatūros ir leistinų kanalo spindulio reikšmių, žr. 1 lentelę. Galima pabrėžti, kad siūlomos konstrukcijos įtaiso elektromagnetinių (EM) bangų nuostoliai (slopinimas) yra mažesni, o plačiajuostiškumas lieka beveik toks pat didelis, lyginant su analogu.
[0011] 1 lentelė. SiC-freono bangolaidžio plačiajuostiškumo priklausomybė nuo temperatūros ir kanalo storio:
[0012]
[0013] SiC bangolaidžio vamzdelyje teka elektros srovė, tokiu būdu ši medžiaga gali būti įkaitinama iki 1800 °C. Reguliuojant elektros srovės stiprį arba šaldymo agento cirkuliaciją, yra valdoma bangolaidžio temperatūra. Dėl temperatūros pokyčio atsiranda bangolaidyje sklindančios pagrindinio tipo EM bangos fazės pokytis.
[0014] Temperatūros valdymo procesas yra pakankamai spartus ir prietaisas veikia greičiau už analogą. Impulsai, įjungiantys maitinimo šaltinį, gali būti skirtingos trukmės, tokiu būdu galima pasiekti skirtingą temperatūrą ir fazės pokytį. Taip galima moduliuoti bangolaidžiu perduodamą informaciją.
[0015] SiC bangolaidis buvo išnagrinėtas, esant penkioms skirtingoms temperatūroms. Kai T = 20 °C, ε = 6-i0,5, kai T = 500 °C, ε = 6,5-i0,5, kai T = 1000 °C, ε = 7-i1, kai T = 1500 °C, ε = 8-i2, kai T = 1800 °C, ε = 11-i7. Buvo laikoma, kad freono, užpildančio bangolaidžio vidinį kanalą, santykinė dielektrinė skvarba ε = 2.
[0016] Analizuojant SiC bangolaidinio fazės moduliatoriaus veikimą, buvo gautos dispersinės charakteristikos (2 pav.). Skaičiuojant pagrindinės EM bangos fazės pokytį, buvo išanalizuotos dispersinės kreivės prie skirtingų bangolaidžio temperatūros ir normuoto dažnio f·R reikšmių. Prie aukštos temperatūros (> 500 °C) fazės pokyčiai yra daug didesni negu žemesnėje temperatūroje. Fazės pokytis (laipsniais) yra skaičiuojamas pagal (1) formulę:
[0017]
[0018]
[0019]
[0020] Įtaisas gali būti naudojamas fazinėse antenų gardelėse, kurios yra taikomos informacijai perduoti. Išradimas ypač aktualus, jeigu aplinka, kurioje turi veikti prietaisas, yra agresyvi, pvz., aukšta temperatūra, didelis rūgštingumas, stipri jonizuojančioji spinduliuotė.
1. Bangolaidinis moduliatorius, sudarytas iš metalinių bangolaidžių (1), atvirojo cilindrinio silicio karbido (SiC) bangolaidžio (4), kurio santykinė dielektrinė skvarba priklauso nuo temperatūros, bangolaidžio konstrukcija sujungta su nuolatinės srovės šaltiniu (3), kurio laidai prijungti prie bangolaidžio konstrukcijoje padarytų metalinių įbrėžų (2), besiskiriantis tuo, kad bangolaidis (4) yra tuščiaviduris ir turi išilginį kanalą (5) viduje.
2. SiC fazės moduliatorius pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad kanalas (5) užpildytas šaldymo agentu ir prijungtas prie aušinimo sistemos (6).
3. SiC fazės moduliatorius pagal 1 ir 2 punktus, besiskiriantis tuo, kad cilindrinio bangolaidžio normuotas dažnis yra diapazone nuo 0,038 GHz m iki 0,062 GHz m, o kanalo normuotas spindulys yra intervale r/R = 0,2–0,5.