Одноволновой диэлектрический волновод

 

ОДНОВОЛНОВОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВОЛНОВОД, выполненньй в виде диэлектрического стержня, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона рабочих диаметров при заданных параметрах материала диэлектрического стержня, центральная часть диэлектрического стержня выполнена сплошной, а внешняя - в виде периодической кольцевой ребристой структуры, при этом толщина каждого ребра плавно убьтает от основания к вершине, а параметры периодической кольцевой ребристой структуры определяются соотношением лл А 0.595 - /h 3d 0.1 И. - диэлектрическая проницаемость материала диэлектрического стержня; a - диаметр центральной части диэлектрического стержня; Л длина волны в вакууме (Л i« - толщина ребра у основания; Н - высота ребра,Р - период периодической кольцевой ребристой структуры. ;о Ф

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) З(б1) Н Оl P 3/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ где еГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3532314/18-09 (22) 29.12.82(46) 07.08.84. Бюл. Р 29 (72) Л.Н.Вершинина (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР (53) 621.372.826(088,8) (56) 1. Унгер Х.Г. Планарные волоконные и оптические волноводы. N.

"Мир", 1980, с. 264.

2. Взятышев B.Ô. Диэлектрические волноводы. N. -"Советское радио", 1970, с. 78 (прототип). (54)(57) ОДНОВОЛНОВОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

ВОЛНОВОД, выполненный в виде диэлектрического стержня, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения диапазона рабочих диаметров при заданных параметрах материала диэлектрического стержня, центральная часть диэлектрического стержня выполнена сплошной, а внешняя — в виде периодической кольцевой ребристой структуры, при этом толщина каждого ребра плавно убывает от основания к вершине, а параметры периодической кольцевой ребристой структуры определяются соотношением ц -4 -- — (— ) а- 6=8ct

З. л + p> диэлектрическая проницаемость материала диэлектрического стержня; диаметр центральной части диэлектрического стержня, длина волны в вакууме; толщина ребра у основания; высота ребра; период периодической кольцевой ребристой структуры.

1107199

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в линиях передачи, приемно-передающих трактах и схемах миллиметрового и субмиллиметрового диапазона волн.

Известен одноволновой диэлектрический волновод, содержащий цилиндрический стержень из диэлектрика, окруженный плотно прилегающей оболоч- t0 кой из другого диэлектрика 11.

Недостатком одноволнового диэлектрического волновода является слишком узкий диапазон выбора диаметра стержня при заданных материалах стерж 15 ня и оболочки.

Наиболее близким к изобретению является одноволновой диэлектрический волновод, выполненный в виде диэлектрического стержня Г21.

Недостатком известного одноволнового диэлектрического волновода является узкий диапазон рабоичх диаметров при заданных параметрах материала диэлектрического стержня.

Цель изобретения — увеличение диапазона рабочих диаметров при заданных параметрах материала диэлектрического стержня.

Поставленная цель достигается тем, что в одноволновом диэлектрическом волноводе, выполненном в виде диэлектрического стержня, центральная часть диэлектрического стержня выпол-З5 нена сплошной, а внешняя — в виде периодической кольцевой ребристой структуры, при этом толщина каждого ребра плавно убывает от основания к вершине, а параметры периодической кольцевой ребристой структуры определяются соотношением

О,585 (3, (Ьн ф1 ДД где — диэлектрическая проницаемость материала диэлектрического стержня; — диаметр центральной части диэлектрического стержня, — длина волны в вакууме, Ьн — толщина ребра у основания, 4 — высота ребра, — период периодической кольцевой ребристой структуры. 55

На фиг. 1 представлен одноволновой диэлектрический волновод, на фиг. 2 — то же, вид сбоку.

Одноволновой диэлектрический волновод содержит диэлектрический стержень, состоящий из центральной части

1, выполненной сплошной, и внешней части, выполненной в виде периодической кольцевой ребристой структуры

2, а также границу 3 между центральной частью 1 диэлектрического стержня и периодической кольцевой ребристой структурой 2 и внешнюю границу 4 диэлектрического стержня.

Одноволновой диэлектрический волновод работает следующим образом.

По центральной части 1 диэлектрического стержня распространяется, последовательно отражаясь от границы 3 между центральной частью 1 диэлектрического стержня и периодической кольцевой ребристой структурой 2, волна низшего типа НЕ „ .

Ввиду того, что периодическая коль-я цевая ребристая структура 2 выполнена частопериодической (ее период Р меньше длины волны ), граница 3 действует на распространяющуюся волну как диэлектрик с усредненной диэлектрической проницаемостью, равной где 6q - толщина ребра у основания;

Р— период периодической кольцевой ребристой структуры 2; — диэлектрическая проницаемость материала диэлектрического стержня.

Режим распространения (одноволновой или многоволновой) определяется разностью диэлектрических проницаемостей материала диэлектрического стержня и периодической кольцевой ребристой структуры 2, равной

6 = -dgcq = (Б-1)(1-,бр)

Наибольший диаметр центральной части 1 диэлектрического стержня при одноволновом режиме равен

Минимальный диаметр А, при котором волна эффективно направляется диэлектрическим стержнем, равен А=

= d /4. Из соотношения для Г и с р получаем, что при варьировании

5 / Ð от 0 до О., 9 диаметр центральной

1107199 части 1 диэлектрического стержня может быть выбран из диапазона

При отсутствии периодической кольцевой ребристой структуры 2 соответ-. ствующий диапазон изменения диаметра диэлектрического стержня равен

0. 5 Я ОЯ65 З

А (е 5 E

1 585 3 р 6»

50 а-1 Кб(p

Анализ формул для Д, „р и последнего неравенства показывает, что поИз сравнения этих диапазонов видно, что для диэлектрического стержня с периодической кольцевой ребристой структурой 2 он примерно в 4 раза шире, чем для известного при изготовлении их из одного материала, при4ем расширение происходит в сторону увеличения диаметра.

Часть энергии основной волны НЕ„ попадает в периодическую кольцевую ребристую структуру 2 и в общем случае, когда в ней имеются две отра- 25 жающие границы: граница 3 и граница 4 — в ней формируются и распространяются ее собственные волны, которые имеют паразитный характер. Подавление возбуждения этих волн в пред-З0 лагаемом одновблновом диэлектрическом волноводе достигается за счет уменьшения толщины ребер от 4н на границе 2 до нуля на границе 4, при этом

g 1,р на границе 4 согласно формуле (1), стремится к единице, т.е. к про35 ницаемости окружающего воздуха, и на границе 4 нет скачка диэлектрических проницаемостей, вследствие чего отражение от нее отсутствует и теря40 ются волноведущие свойства периодической кольцевой ребристой структуры 2.

Из формулы для ьЪ получаем соотношение, связывающее параметры периоди45 ческой кольцевой ребристой структуры

2 с диаметром уентральной части 1 диэлектрического стержня при заданном материале ложительный эффект, производимый периодической кольцевой ребристой структурой 2, а именно расширение диапазона выбора диаметра одноволнового диэлектрического волновода в сторону его увеличения, начинает заметно проявляться при отношении толщины ребра у основания к периоду большем, чем 0,1, Ьн /Р ) 0,1, так как при очень тонких ребрах он по своим свойствам практически не отличается от известного волновода. Поэтому следует внести уточнение диапазона A/р снизу, т.е. ! 058 3 2 @

|01(1- 1 (— ) (— °

Высота ребра 1 составляет -33(gt диаметр центральной части 1), при этом поле на внешней границе 4 одноволнового диэлектрического волновода пренебрежимо мало и он может быть на любую поверхность или опоры без возмущения поля в центре диэлектрического волновода.

Основным техническим преимуществом предлагаемого одноволнового диэлектрического волновода является в несколько раз более широкий диапазон выбора величины диаметра его в сторону увеличения. Это позволяет выбирать для любого материала диаметр одноволнового диэлектрического волно-. вода оптимальный с точки зрения согласования его с возбуждающими, приемными и управляющими устройствами. Это дает возможность изготавли1 вать одноволновой диэлектрический волновод с поперечным сечением в несколько раз большим, чем у известного, что удешевляет в несколько раз изготовление, так как в несколько раз расширяются допуски на изготовление и стыковку волноводов, увеличивает его прочность, обеспечивает его возбуждение, крепление, монтаж и эксплуатацию. Кроме того, периодическая кольцевая ребристая структура 2 изолирует волноведущую часть — центральную часть 1 от окружаю-" щего пространства, в то время как в известных задача крепления и экранирования диэлектрического волновода весьма сложная.

1107199

Составитель В.Ежов

Редактор Н.Бобкова Техред И,Тенер Корректор А.ференц

Заказ 5769/38 Тираж 591 Подпи с ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4