Изгибаемый волновод

 

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования, в частности, в антенно-волноводных трактах радиорелейных линий связи. Конфигурация внутреннего контура поперечного сечения волновода обеспечивает минимально возможное в одноволновом (одномодовом) режиме погонное затухание. Предлагаемое устройство отличается тем, что за счет выбора определенной конфигурации наружного контура поперечного сечения волновода обеспечивается возможность его изгибания в плоскости Е и скручивания относительно продольной оси при допустимой деформации внутреннего контура. Волноводы, выполняемые из чистого высокопластичного алюминия, могут изготавливаться в связи со сказанным значительными длинами (до сотен метров) и сматываться в процессе изготовления в бухту. На месте монтажа бухта разматывается в прямолинейное состояние и трассируется (изгибается и скручивается) по месту. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано, в частности, для антенно-волноводных трактов радиорелейных линий связи.

Известны изгибаемые (или полугибкие) алюминиевые волноводы с эллиптическим внутренним контуром поперечного сечения и гладкими внутренними стенками типа Alform [1] Такие волноводы, выполненные из высокопластичного чистого алюминия, могут при изготовлении сворачиваться в бухты, а после транспортирования разматываться на монтажной площадке в прямолинейное состояние. Строительная длина этих волноводов может достигать сотен метров. Волноводы Alform допускают трассирование тракта (изгибание и скручивание относительно продольной оси) по месту при монтаже.

Недостатком таких волноводов является повышенное по сравнению с минимально возможным погонное затухание (при работе в режиме одноволновости).

Это обусловлено тем, что эллиптическое поперечное сечение даже при оптимальном значении эксцентриситета при прочих равных условиях не обеспечивает минимально возможное погонное затухание.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению (прототипом) является волновод со специальным внутренним контуром поперечного сечения [2] называемым оптимальным сигарообразным. Он задается двумя полуокружностями, соединенными двумя прямыми линиями, параллельными большой оси поперечного сечения. Высота контура волновода (2b) через его ширину (2a) определяется соотношением 2b 0,487 (2a). Теоретически было показано, что такой волновод на верхней частоте рабочего диапазона частот (f_b) при условии где f_kp.2 критическая частота первой паразитной волны, обеспечивает минимально возможное погонное затухание. Указанное выше условие p 1 означает, что во всем рабочем диапазоне частот f_н f_b, где f_н нижняя рабочая частота, волновод является одноволновым. Режим этот предельно одноволновый, поскольку на частоте f_b создаются условия для начала распространения первой паразитной волны.

При гладких внутренних стенках и заданном материале волновода уменьшить погонное затухание по сравнению с найденным в [2] теоретически невозможно.

Наружный контур описанного в [2] волновода аналогичен внутреннему, т.е. толщина стенок в любой точке контура постоянна. Величина толщины стенок в [2] принята такой же, как у стандартных жестких прямоугольных волноводов.

Недостатком таких волноводов при решении поставленной задачи является то, что они не могут изгибаться и скручиваться, поскольку при этом возникают недопустимые деформации канала. В связи с этим исключается возможность изготовления и транспортирования волноводов большой длины.

Цель изобретения придать оптимальным сигарообразным волноводам, обладающим минимальным погонным затуханием, способность изгибаться в продольной плоскости, перпендикулярной большой оси поперечного сечения, и скручиваться относительно продольной оси при допустимой деформации внутреннего контура.

Это достигается тем, что в волноводе, конфигурация внутреннего контура которого обеспечивает минимальное погонное затухание на основном типе волны в режиме одноволновости, толщина стенки (см. чертеж) выполнена переменной с минимумом величиной при ϕ=0°, максимумом величиной при ϕ=30°÷40° и минимумом величиной при ϕ=90°, при этом часть наружного контура, лежащего между углом наклона радиуса, соответствующего и углом ϕ=50°÷60°, выполнена прямолинейной и параллельной большой оси поперечного сечения волновода, а расстояние вдоль малой оси поперечного сечения между точкой пересечения продолжения прямолинейного участка наружного контура с малой осью и внутренним контуром волновода t₂/a=0,13-0,20, относительная толщина стенки волновода, измеренная вдоль радиуса при угле ϕ (в полярной системе координат) R_нар(ϕ) величина радиуса, определяющая точку наружного контура при угле ϕ; R_вн(ϕ) величина радиуса, определяющая точку внутреннего контура при угле ϕ; а большая полуось внутреннего контура; t₁ минимальная толщина стенки волновода при ϕ = 90° (на малой оси внутреннего контура); t₃ минимальная толщина стенки волновода при ϕ = 0° (на большой оси внутреннего контура); t₂ расстояние между прямолинейными участками внутреннего и наружного контуров.

В стандартных жестких волноводах с прямоугольными внутренним и наружным контурами относительная толщина стенки постоянна по периметру и лежит в пределах t/a=0,06-0,14, где t -толщина стенки, 2а широкая стенка волновода.

Известно, что для того, чтобы изогнуть (или скрутить относительно продольной оси) такой волновод с допустимой деформацией внутреннего контура, необходимо применить специальные меры. К ним относятся технологическое заполнение внутренней полости на участке изгиба каким-либо легко удаляемым материалом или применением насечки на соответствующих стенках волновода и т.д.

В отсутствии специальных мер сечение волновода при его изгибании (или скручивании) существенно деформируется и волновод уже не может выполнять свои основные функции.

Однако использовать внутренние заполнители возможно только на коротких длинах волновода. В решаемой же задаче с длиной волновода порядка сотни метров и необходимостью осуществлять изгиб или скрутку в любой произвольной точке волновода, данный способ не применим.

Уменьшить деформацию внутреннего контура при изгибании или скручивании до допустимой принципиально возможно путем существенного увеличения толщины стенок волновода.

Однако, при этом столь же существенно возрастут усилия, которые надо приложить к волноводу, чтобы его изогнуть или скрутить, и существенно увеличится металлоемкость.

Выходом из создавшейся ситуации может быть использование волноводов с переменной толщиной стенок. На участках контура поперечного сечения, где это необходимо, толщина стенки увеличивается, а там, где такой необходимости нет, она выполняется достаточно малой.

Исследования показали, что наибольшая толщина стенок должна быть при угле наклона радиуса, лежащем в пределах ϕ = 30°÷ 40°. При этом относительная максимальная толщина стенки должна лежать в пределах При возрастает до недопустимой величины деформация внутреннего контура при изгибании волновода в продольной плоскости, перпендикулярной большой оси поперечного сечения, т.е. в плоскости Е. При чрезмерно увеличивается жесткость и металлоемкость волновода.

Один из двух минимумов толщины стенки (t₃) лежит на большой оси сечения при ϕ = 0°. При этом относительная толщина стенки должна лежать в пределах . При t₃/a<0,13 величина деформации внутреннего контура при изгибании волновода в плоскости Е за счет потери устойчивости боковых стенок волновода становится недопустимой. При t₃/a>0,20 чрезмерно увеличивается металлоемкость и возрастает жесткость волновода.

Второй из двух минимумов толщины стенки лежит на малой оси сечения при ϕ = 90°. При этом относительная толщина стенки должна лежать в пределах .

Как показали исследования, чем меньше толщина стенки при ϕ = 90°, тем при изгибании волновода в плоскости Е меньше величина сближения широких сторон волновода, т.е. меньше его деформация. Однако слишком малой толщину стенки брать нельзя, поскольку ее прочность становится меньше допустимой. При t₁/a>0,15 деформация волновода при его изгибании чрезмерно увеличивается. Кроме того, при этом увеличивается жесткость волновода и его металлоемкость.

Для более качественной намотки волновода в бухту при его изготовлении, когда последующий виток полностью или частично укладывается на предыдущий, целесообразно хотя бы часть наружного контура выполнить прямолинейной, параллельной большой оси поперечного сечения.

Сочетание сказанного с требованием уменьшения толщины стенки при ϕ = 90° привело к тому, что прямолинейный участок наружного контура лежит между радиусом, соответствующим максимальной толщине стенки (ϕ = 30°÷40°), и радиусом с углом ϕ = 50°÷60°.

Расстояние между прямолинейными участками внутреннего и наружного контуров, определяемое как расстояние вдоль малой оси поперечного сечения между точкой пересечения прямолинейного участка наружного контура с малой осью и внутренним контуром волновода, составляет t₂/a=0,13-0,20.

Учитывая сказанное выше относительно толщин стенок волновода, желательно, по возможности, из заданных пределов толщин выбирать минимальные значения.

Предложенный изгибаемый волновод имеет определенные преимущества как по сравнению с волноводом, принятым за прототип, так и по сравнению с другим упомянутым выше изгибаемым волноводом.

По сравнению с прототипом данный волновод становится изгибаемым. Это позволяет изготавливать его с достаточно большими длинами, свертывать в процессе изготовления в бухту, а после транспортировки разматывать бухту на монтажной площадке в прямолинейное состояние и трассировать его (изгибать и скручивать) по месту.

По сравнению с изгибаемым волноводом с эллиптическим внутренним контуром и гладкими стенками (например, волноводами типа Alform) предложенный волновод имеет меньшее погонное затухание. Так, по сравнению с эллиптическим волноводом с оптимальным эксцентриситетом и оптимальными размерами при работе в диапазоне (3,4-4,2) ГГц предложенный волновод с оптимальной сигарообразной формой и оптимальными размерами имеет максимальное в полосе затухание на 13% (по дБ) меньше.

Литература 1. ANT Bosch Telecom, Alform Wavequides and accessories.

2. M. Suzuki and T. Hosono, Optimum Sectional Shape of Dominant Mode Waveguide, IEE Transaction on Microwake theory and technigues, Oct. 1983, V. MTT-31, p. 836.

Формула изобретения

Изгибаемый волновод, имеющий внутренний контур переменного радиуса и переменную толщину стенок с минимумами на малой и большой оси внутреннего контура, при этом наружный контур имеет прямолинейные участки, параллельные большой оси внутреннего контура, отличающийся тем, что внутренний контур выполнен сигарообразным, минимальная относительная толщина стенок равна

на большой оси внутреннего контура (ϕ = 0°) и

на малой оси внутреннего контура ϕ = 90°, максимальная относительная толщина стенок равна Δ^~R_max(ϕ) = 0,25 - 0,45 при ϕ = 30 - 40°, прямолинейные участки наружного контура размещены между углом наклона радиуса, соответствующего Δ^~R_max(ϕ) и углом ϕ =50 - 60°, а расстояние t₂ между точками пересечения продолжения участка наружного контура и внутреннего контура с малой осью равно t₂/a 0,13 0,20, где Δ^~R(ϕ)- относительная толщина стенки вдоль радиуса при угле ϕ в полярной системе координат

R_нар(ϕ) и R_вн(ϕ)- величины радиуса, определяющие точки наружного и внутреннего контура соответственно при угле ϕ;
а большая полуось внутреннего контура;
t₁ минимальная толщина стенки на малой оси внутреннего контура (ϕ = 90°);
t₃ минимальная толщина стенки на большой оси внутреннего контура (ϕ = 0°).с

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 19.04.2007

Извещение опубликовано: 20.07.2008        БИ: 20/2008

---