Свч-нагрузка

 

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано как оконечная нагрузка в волноводных трактах с повышенным уровнем мощности. Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что СВЧ-нагрузка содержит отрезок прямоугольного волновода с ребристой структурой в виде ребер и пазов, выполненных внутри отрезка прямоугольного волновода на одной или двух его широких стенках. Отличается предлагаемая СВЧ-нагрузка тем, что отрезок прямоугольного волновода выполнен из металла с низкой проводимостью, а ребра и пазы ребристой структуры отрезка прямоугольного волновода расположены под углом к узкой стенке отрезка прямоугольного волновода, причем электрическая высота ребер и глубина пазов изменяется от начала нагрузки к ее концу от 0 до π/2. Кроме того, ребра и пазы могут быть выполнены под углом к узкой стенке отрезка прямоугольного волновода и под углом к широкой стенке отрезка прямоугольного волновода одновременно либо только под углом к только широкой стенке отрезка прямоугольного волновода. Поверхность ребер ребристой структуры, обращенная к внутренней полости отрезка прямоугольного волновода, притуплена, а ребристая структура выполнена с переменным шагом. Технический результат состоит в повышении электропрочности и уровня согласования. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано как оконечная нагрузка в волноводных трактах с повышенным уровнем мощности.

Известны нагрузки [Байчурин А.С. Расчет, конструирование и изготовление волноводных устройств и объемных резонаторов. Госэнергоиздат, 1963 г.], выполненные из металлов с низкой проводимостью, например нержавеющих сталей, в виде П-образного волновода. Однако продольные размеры таких нагрузок весьма значительны около 20 λ_о, где λ_о - длина волны в свободном пространстве, что уже само по себе бывает неприемлемо, тем более при использовании волноводов иного типа (формы) - круглых, коаксиальных и др., когда включение в тракт такой нагрузки потребует трансформатора типа волны.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой СВЧ-нагрузке является конструкция нагрузки, выполненной в виде ребристой структуры, размещенной на одной или обеих стенках прямоугольного волновода [патент SU 1827042, H 01 p 1/26].

Недостатком этой нагрузки является то, что ориентация, форма ребер (прямоугольная) и размеры приводят к размещению точек наибольшей напряженности электрических полей в отрезке прямоугольного волновода, пазах и кромках ребер по одной линии - средней линии широкой стенки волновода и без того являющейся линией наименьшей электропрочности, что понижает электропрочность нагрузки.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышении электропрочности и уровня согласования СВЧ-нагрузки.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что СВЧ-нагрузка содержит отрезок прямоугольного волновода с ребристой структурой в виде ребер и пазов, выполненных внутри отрезка прямоугольного волновода на одной или двух его широких стенках. Отличается предлагаемая СВЧ-нагрузка тем, что отрезок прямоугольного волновода выполнен из металла с низкой проводимостью, а ребра и пазы ребристой структуры отрезка прямоугольного волновода расположены под углом к узкой стенке отрезка прямоугольного волновода, причем электрическая высота ребер и глубина пазов изменяется от начала нагрузки к ее концу от 0 до π/2.

Кроме того, ребра и пазы могут быть выполнены внутри отрезка прямоугольного волновода под углом к узкой стенке отрезка прямоугольного волновода и под углом к широкой стенке отрезка прямоугольного волновода одновременно либо только под углом только к широкой стенке отрезка прямоугольного волновода. Поверхность ребер ребристой структуры, обращенная к внутренней полости отрезка прямоугольного волновода, притуплена, а ребристая структура выполнена с переменным шагом.

На фиг.1 представлена конструкция СВЧ-нагрузки с расположением ребер и пазов под углом к узкой стенке отрезка прямоугольного волновода

На фиг.2 представлена конструкция СВЧ-нагрузки с расположением ребер и пазов под углом к широкой стенке отрезка прямоугольного волновода.

На фиг.3 - сечение СВЧ-нагрузки с расположением ребер и пазов одновременно под углом и к узкой стенке отрезка прямоугольного волновода и к широкой стенке отрезка прямоугольного волновода.

СВЧ-нагрузка содержит отрезок прямоугольного волновода 1, на внутренней стенке которого выполнены короткозамкнутые пазы 2, ребра 3, электрическая длина которых изменяется от 0 в начале СВЧ-нагрузки до π/2 в ее конце. Короткозамкнутые пазы 2 и ребра 3 образуют ребристую структуру.

СВЧ-нагрузка работает следующим образом: бегущая волна электромагнитного поля, распространяющаяся вдоль отрезка волновода 1, возбуждает стоячие волны в каждом из пазов 2. Пазы образуют короткозамкнутые отрезки волноводов. В соответствии с этим потери и электропрочность определяются их размерами и низкой проводимостью металла. Зависимость электропрочности от проводимости является вторичной функцией, определяемой ее зависимостью от нагрева.

Наиболее опасными с точки зрения электрической прочности являются точки сопряжения отрезка волновода 1 и пазов 2, расположенные вдоль средней линии широкой стенки отрезка волновода. Это обусловлено тем, что в этих точках достигают максимума:

- электрическое поле волны, распространяющейся в отрезке волновода;

- поле в короткозамкнутом отрезке волновода (в пазу), изменяющееся от нуля на короткозамкнутом конце до максимума на его открытом конце;

- поле, возбуждаемое на кромках ребер, обращенных к внутренней полости отрезка волновода.

Выполнение пазов и ребер с наклоном по отношению к узкой стенке отрезка волновода 1 позволяет увеличить длину пазов и тем самым уменьшить длину волны в волноводах λ_вн, образованных этими пазами, уменьшить плотность поля в них и в том числе и в максимумах на их открытых концах. Уменьшение λ_вн приводит к уменьшению высоты ребер, что в свою очередь снижает их перегрев и тем самым повышает электропрочность. Наклон ребер по отношению к широкой стенке отрезка волновода 1 позволяет разнести острые кромки ребер, что уменьшает плотность электрического поля вблизи них и соответственно повышает электропрочность.

Этот эффект усиливается, если концы ребер 3, обращенные к внутренней полости отрезка прямоугольного волновода, притупить.

Совмещение углов наклона ребер и пазов к обеим вышеназванным стенкам и притупление их концов позволяет еще более повысить электропрочность. Выполнение ребер с переменным шагом позволяет на начальном участке нагрузки, при малой высоте ребер сделать толщину ребер малой, что улучшает согласование нагрузки, а в конце нагрузки, когда их высота близка к π/2, увеличить ее. Этим достигается снижение перегрева кромок ребер в местах минимальной электропрочности и, следовательно, повышается электропрочность нагрузки.

Нагрузка может быть изготовлена из любого металла с низкой проводимостью: нержавеющие стали, титан и др. известными способами, токарными, фрезерными, электроэрозионными в зависимости от типа (формы) волновода и имеющегося оборудования.

Формула изобретения

1. СВЧ-нагрузка, содержащая отрезок прямоугольного волновода с ребристой структурой в виде ребер и пазов, установленных на одной или двух его широких стенках и выполненного из металла с низкой проводимостью, отличающаяся тем, что ребра и пазы ребристой структуры отрезка прямоугольного волновода расположены под углом к оси, параллельной узкой стенке отрезка прямоугольного волновода, причем электрическая высота ребер и глубина пазов изменяется от начала нагрузки к ее концу от 0 до π/2.

2. СВЧ-нагрузка по п.1, отличающаяся тем, что ребра и пазы расположены под углом к широкой стенке отрезка прямоугольного волновода.

3. СВЧ-нагрузка по п.1, отличающаяся тем, что ребра и пазы расположены под углом и к широкой, и к узкой стенкам отрезка прямоугольного волновода.

4. СВЧ-нагрузка по п.1, отличающаяся тем, что поверхность ребра ребристой структуры, обращенная к внутренней полости отрезка прямоугольного волновода, притуплена.

5. СВЧ-нагрузка по п.1, отличающаяся тем, что ребристая структура выполнена с переменным шагом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3