Коаксиально-волноводный переход
Владельцы патента RU 2517678:
Открытое акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения (RU)
Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в качестве согласованного перехода между коаксиальной линией и регулярным волноводом. Технический результат - упрощение конструкции коаксиально-волноводного перехода и возможность реализации коаксиально-волноводного перехода с соосным расположением волновода и коаксиальной линии. Для этого коаксиально-волноводный переход содержит отрезок 1 регулярного волновода, закороченного торцевой стенкой 2, и расположенный перпендикулярно ей отрезок 3 коаксиальной линии. Согласующий элемент 4 выполнен в виде нескольких конструктивно объединенных прямоугольных параллелепипедов. В стенке согласующего элемента 4 выполнено отверстие связи, в котором соосно установлен элемент 5 связи, объединяющий согласующий элемент 4 с центральным проводником отрезка 3 коаксиальной линии. В отверстии связи установлена диэлектрическая втулка 6, которая обеспечивает увеличение электрической и механической прочности коаксиально волноводного перехода. В дополнительных пунктах формулы указано конкретное выполнение коаксиально-волноводного перехода. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.
Предлагаемое изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использовано в качестве согласованного перехода между коаксиальной линией и регулярным волноводом.
Известен коаксиально-волноводный переход, представляющий собой отрезок прямоугольного волновода, соединенный с коаксиальной линией посредством индуктивного штыря (Чернушенко A.M. Конструкции СВЧ устройств и экранов. - М.: Радио и связь, 1983, с.100-101, рис.6.22 а).
Недостатком такого коаксиально-волноводного перехода является:
- согласование в узкой полосе частот;
- низкая предельная пробивная мощность коаксиально-волноводного перехода;
- невозможность конструктивной реализации коаксиально-волноводного перехода с соосным расположением волновода и коаксиальной линии.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является коаксиально-волноводный переход, содержащий отрезок коаксиальной линии, отрезок регулярного волновода, закороченного торцевой стенкой, элемент связи, согласующий элемент, выполненный в виде нескольких конструктивно объединенных прямоугольных параллелепипедов, причем основание нижнего прямоугольного параллелепипеда, являющееся основанием согласующего элемента, сопряжено со стенкой отрезка регулярного волновода, перпендикулярной направлению вектора Е, а основание каждого следующего прямоугольного параллелепипеда сопряжено с верхней плоскостью предыдущего прямоугольного параллелепипеда, причем ширина и длина каждого следующего прямоугольного параллелепипеда равна или меньше ширины предыдущего прямоугольного параллелепипеда, причем стенки всех прямоугольных параллелепипедов, обращенные к торцевой стенке отрезка регулярного волновода, расположены в одной плоскости, а верхняя и боковые стенки согласующего элемента расположены на расстоянии от стенок отрезка регулярного волновода, причем согласующий элемент связан с коаксиальной линией через элемент связи (Чернушенко A.M. Конструкции СВЧ устройств и экранов. - М.: Радио и связь, 1983, с.100-101, рис.6.22 д).
Недостатком такого коаксиально-волноводного перехода является отсутствие гальванической развязки между центральным проводником коаксиальной линии и согласующим элементом, конструктивная сложность изготовления, невозможность конструктивной реализации коаксиально-волноводного перехода с соосным расположением волновода и коаксиальной линии.
Перед авторами стояла задача создания коаксиально-волноводного перехода, лишенного перечисленных недостатков прототипа.
Данная задача решается за счет того, что в известном коаксиально-волноводном переходе, содержащем отрезок коаксиальной линии, отрезок регулярного волновода, закороченного торцевой стенкой, элемент связи, согласующий элемент, выполненный в виде нескольких конструктивно объединенных прямоугольных параллелепипедов, причем основание нижнего прямоугольного параллелепипеда, являющееся основанием согласующего элемента, сопряжено со стенкой отрезка регулярного волновода, перпендикулярной направлению вектора Е, а основание каждого следующего прямоугольного параллелепипеда сопряжено с верхней плоскостью предыдущего прямоугольного параллелепипеда, причем ширина и длина каждого следующего прямоугольного параллелепипеда равна или меньше ширины предыдущего прямоугольного параллелепипеда, причем стенки всех прямоугольных параллелепипедов, обращенные к торцевой стенке отрезка регулярного волновода, расположены в одной плоскости, а верхняя и боковые стенки согласующего элемента расположены на расстоянии от стенок отрезка регулярного волновода, причем согласующий элемент связан с коаксиальной линией через элемент связи, в стенке согласующего элемента, обращенной к торцевой стенке отрезка регулярного волновода, расположенной на некотором расстоянии от торцевой стенки отрезка регулярного волновода, выполнено отверстие связи, в котором соосно установлен элемент связи, объединяющий согласующий элемент с центральным проводником коаксиальной линии, расположенной перпендикулярно торцевой стенке отрезка регулярного волновода и соосно с элементом связи, причем поперечные размеры отверстия связи в согласующем элементе больше поперечных размеров элемента связи, а ось отрезка коаксиальной линии расположена в плоскости симметрии согласующего элемента, совпадающей с плоскостью симметрии отрезка регулярного волновода и максимумом вектора Е.
В качестве отрезка регулярного волновода использован отрезок прямоугольного волновода.
В качестве отрезка регулярного волновода использован отрезок круглого волновода.
Согласующий элемент имеет, по крайней мере, один паз шириной меньше ширины согласующего элемента в месте расположения паза.
В отверстие связи установлена диэлектрическая втулка, в которой выполнено отверстие, причем поперечное сечение отверстия равно поперечному сечению элемента связи.
Отверстие связи в согласующем элементе выполнено сквозным.
Отверстие связи в согласующем элементе выполнено глухим.
Боковые стенки согласующего элемента и стенка отрезка регулярного волновода, перпендикулярная направлению вектора Е, сопряжены по радиусу.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение гальванической развязки между центральным проводником коаксиальной линии и согласующим элементом, упрощение конструкции коаксиально-волноводного перехода и возможность реализации коаксиально-волноводного перехода с соосным расположением волновода и коаксиальной линии.
Заявляемый коаксиально-волноводный переход обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.
Заявляемый коаксиально-волноводный переход, по мнению заявителя и авторов, соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. для специалистов он явным образом не следует из уровня техники, т.е. не известен из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется при помощи чертежей, где:
- на фиг.1 приведен коаксиально-волноводный переход с отрезком регулярного прямоугольного волновода.
- на фиг.2 приведен коаксиально-волноводный переход с отрезком регулярного круглого волновода.
- на фиг.3 изображен осевой разрез коаксиально-волноводного перехода.
- на фиг.4 приведены полученные частотные характеристики КСВН коаксиально волноводного перехода.
Коаксиально-волноводный переход содержит отрезок 1 регулярного волновода, закороченного торцевой стенкой 2, и расположенный перпендикулярно ей отрезок 3 коаксиальной линии. Согласующий элемент 4 выполнен в виде нескольких конструктивно объединенных прямоугольных параллелепипедов, причем основание нижнего прямоугольного параллелепипеда сопряжено со стенкой отрезка 1 регулярного волновода, перпендикулярной направлению вектора Е, а основание каждого следующего прямоугольного параллелепипеда сопряжено с верхней плоскостью предыдущего прямоугольного параллелепипеда. В стенке согласующего элемента 4, обращенной к торцевой стенке 2 отрезка 1 регулярного волновода, расположенной на некотором расстоянии от торцевой стенки 2 отрезка 1 регулярного волновода, выполнено отверстие связи, в котором соосно установлен элемент 5 связи, объединяющий согласующий элемент 4 с центральным проводником отрезка 3 коаксиальной линии. Также в отверстие связи установлена диэлектрическая втулка 6, которая обеспечивает увеличение электрической и механической прочности коаксиально волноводного перехода. Элемент 5 связи установлен в диэлектрической втулке 7.
Устройство работает следующим образом.
СВЧ сигнал с отрезка 3 коаксиальной линии поступает на элемент 5 связи, представляющий собой продолжение центрального проводника отрезка 3 коаксиальной линии. Элемент 5 связи, расположенный в отверстии согласующего элемента 4, образует реактивное сопротивление с емкостной составляющей, через которое энергия СВЧ-сигнала передается на участок волновода с установленным согласующим элементом 4, образующим низкоомный гребневый волновод. Параметры гребневого волновода выбираются из условий согласования импедансов отрезка 3 коаксиальной линии и отрезка регулярного волновода.
На предприятии-заявителе изготовлены опытные образцы коаксиально-волноводных переходов, работающие в S- и L-диапазонах длин волн, испытания которых подтвердили преимущества по сравнению с известными устройствами, в том числе с прототипом, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.
1. Коаксиально-волноводный переход, содержащий отрезок коаксиальной линии, отрезок регулярного волновода, закороченного торцевой стенкой, элемент связи, согласующий элемент, выполненный в виде нескольких конструктивно объединенных прямоугольных параллелепипедов, причем основание нижнего прямоугольного параллелепипеда, являющееся основанием согласующего элемента, сопряжено со стенкой отрезка регулярного волновода, перпендикулярной направлению вектора Е, а основание каждого следующего прямоугольного параллелепипеда сопряжено с верхней плоскостью предыдущего прямоугольного параллелепипеда, причем ширина и длина каждого следующего прямоугольного параллелепипеда равна или меньше ширины предыдущего прямоугольного параллелепипеда, причем стенки всех прямоугольных параллелепипедов, обращенные к торцевой стенке отрезка регулярного волновода, расположены в одной плоскости, а верхняя и боковые стенки согласующего элемента расположены на расстоянии от стенок отрезка регулярного волновода, причем согласующий элемент связан с коаксиальной линией через элемент связи, отличающийся тем, что в стенке согласующего элемента, обращенной к торцевой стенке отрезка регулярного волновода, расположенной на некотором расстоянии от торцевой стенки отрезка регулярного волновода, выполнено отверстие связи, в котором соосно установлен элемент связи, объединяющий согласующий элемент с центральным проводником коаксиальной линии, расположенной перпендикулярно торцевой стенке отрезка регулярного волновода и соосно с элементом связи, причем поперечные размеры отверстия связи в согласующем элементе больше поперечных размеров элемента связи, а ось отрезка коаксиальной линии расположена в плоскости симметрии согласующего элемента, совпадающей с плоскостью симметрии отрезка регулярного волновода и максимумом вектора Е.
2. Коаксиально-волноводный переход по п.1, отличающийся тем, что регулярный волновод выполнен в виде отрезка прямоугольного волновода.
3. Коаксиально-волноводный переход по п.1, отличающийся тем, что регулярный волновод выполнен в виде отрезка круглого волновода.
4. Коаксиально-волноводный переход по п.1, отличающийся тем, что согласующий элемент имеет, по крайней мере, один паз шириной меньше ширины согласующего элемента в месте расположения паза.
5. Коаксиально-волноводный переход по п.1, отличающийся тем, что в отверстие связи установлена диэлектрическая втулка, в которой выполнено отверстие, причем поперечное сечение отверстия равно поперечному сечению элемента связи.
6. Коаксиально-волноводный переход по п.1, отличающийся тем, что отверстие связи в согласующем элементе выполнено сквозным.
7. Коаксиально-волноводный переход по п.1, отличающийся тем, что отверстие связи в согласующем элементе выполнено глухим.
8. Коаксиально-волноводный переход по п.1, отличающийся тем, что боковые стенки согласующего элемента и стенка отрезка регулярного волновода, перпендикулярная направлению вектора Е, сопряжены по радиусу.
