Волноводный переход от металлического волновода к диэлектрическому

Изобретение относится к технике микроволнового диапазона и может быть использовано для возбуждения диэлектрических антенн, для соединения металлических волноводов приемо-передающей аппаратуры с диэлектрическими волноводами измерительных схем различного назначения. Техническим результатом предложенного изобретения является улучшение согласования волновых характеристик, повышение прочности конструкции и упрощение изготовления, стабильность волновых характеристик волноводного перехода при перестыковках ДВ. Для этого в волноводном переходе от металлического волновода к диэлектрическому, содержащем клинообразный отрезок диэлектрического волновода и отрезок прямоугольного металлического волновода с рупором, отрезок прямоугольного металлического волновода выполнен с плавным изменением сечения от прямоугольного на входе волноводного перехода до крестообразного и последующим плавным изменением сечения до квадратного на входе рупора, а сечение диэлектрического волновода равно сечению вертикальной части крестообразного металлического волновода с плавным уменьшением сечения на участке прямоугольного металлического волновода от крестообразного до прямоугольного на входе волноводного перехода, причем волноводный переход с рупором выполнен из двух половин, разделенных поперек широкой стенки прямоугольного металлического волновода и жестко соединенных друг с другом. 6 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к технике микроволнового диапазона и может быть использовано для возбуждения диэлектрических антенн, для соединения металлических волноводов приемо-передающей аппаратуры с диэлектрическими волноводами измерительных схем различного назначения.

Известные принципы выполнения волноводных переходов основаны на обеспечении согласования волновых характеристик при переходе от одного типа волновода к другому.

Известен волноводный переход, в котором отрезок диэлектрического волновода (ДВ) с плавной клинообразной частью входит в металлический волновод равного поперечного сечения [1].

Недостатками таких переходов являются плохое согласование волновых характеристик: достаточно высокие потери и высокий КСВн.

Известен волноводный переход, в котором отрезок диэлектрического волновода с плавной клинообразной частью входит в металлический волновод равного поперечного сечения и на участок диэлектрического волновода длиной до двух длин волн от окончания металлического волновода нанесена полупроводящая пленка с переменным поверхностным сопротивлением [2].

Недостатками таких переходов являются достаточно высокие потери, паразитное излучение и невозможность получения стабильных волновых характеристик (КСВн, потерь) при перестыковке и нанесении полупроводящих пленок на диэлектрический волновод.

В значительной степени лишены этих недостатков волноводные переходы, в которых металлический волновод на выходном участке плавно переходит в рупор.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является волноводный переход, в котором рупорный переход выполнен комбинированным - с плавным расширением боковых стенок металлического волновода до сечения, превышающего сечение диэлектрического волновода на несколько длин волн, а верхняя и нижняя стенки рупора выступают над боковыми стенками и прижаты к ДВ с помощью хомута. В результате в некоторых промежуточных сечениях волноводный переход является металлодиэлектрическим волноводом в виде двух параллельных металлических пластин с зажатым между ними диэлектрическим волноводом [3].

Недостатком такого волноводного перехода является отсутствие жесткой фиксации диэлектрического волновода в горизонтальной плоскости, что приводит к нестабильности характеристик волноводного перехода при перестыковках ДВ, недостаточной прочности конструкции при внешних механических воздействиях (удары, вибрации и т.п.) и сложности изготовления.

Техническим результатом предложенного изобретения является улучшение согласования волновых характеристик, повышение прочности конструкции и упрощение изготовления, стабильность волновых характеристик волноводного перехода при перестыковках ДВ.

Указанный технический результат достигается тем, что в волноводном переходе от металлического волновода к диэлектрическому, содержащем клинообразный отрезок диэлектрического волновода и отрезок прямоугольного металлического волновода с рупором, отрезок прямоугольного металлического волновода выполнен с плавным изменением сечения от прямоугольного на входе волноводного перехода до крестообразного и последующим плавным изменением сечения до квадратного на входе рупора, а сечение диэлектрического волновода равно сечению вертикальной части крестообразного металлического волновода с плавным уменьшением сечения на участке прямоугольного металлического волновода от крестообразного до прямоугольного на входе волноводного перехода, причем волноводный переход с рупором выполнен из двух половин, разделенных поперек широкой стенки прямоугольного металлического волновода и жестко соединенных друг с другом.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими чертежами: на фиг.1 представлен эскиз конструкции волноводного перехода, на фиг.2 представлено сечение А-А, на фиг.3 представлено сечение Б-Б, на фиг.4 представлено сечение В-В, на фиг.5 представлено сечение Г-Г, на фиг.6 представлено сечение Д-Д.

Корпус 1 волноводного перехода выполнен из двух половин 2 и 3, в которых реализован металлический волновод переменного сечения. Половины 2 и 3 разделены поперек широкой стенки прямоугольного металлического волновода и жестко соединены друг с другом. В сечении А-А волноводный переход имеет фланец 4 для стыковки со стандартным прямоугольным металлическим волноводом и волноводный канал 5 того же сечения. Далее, от сечения Б-Б до сечения В-В металлический волновод прямоугольного сечения плавным изменением сечения (расширением) в одной плоскости переходит в волновод крестообразного сечения 6 протяженностью до сечения Г-Г, достаточной для жесткой фиксации отрезка диэлектрического волновода 7, полностью заполняющего вертикальную часть крестообразного волновода 6. От сечения Г-Г до выходного сечения Д-Д крестообразный волновод 6 плавно расширяется в двух плоскостях, изменяя сечение до квадратного на входе рупора 8 с раскрывом 9 на выходе волноводного перехода (сечение Д-Д).

Отрезок диэлектрического волновода 7 выполнен с клиновидным участком 10 от сечения А-А до сечения В-В. Одно из сечений 11 клиновидного участка 10 отрезка ДВ 7 показано в сечении Б-Б. Сечение диэлектрического волновода равно сечению вертикальной части крестообразного металлического волновода с плавным уменьшением сечения на участке прямоугольного металлического волновода от крестообразного до прямоугольного на входе волноводного перехода. Жесткая фиксация отрезка ДВ 7 в волноводном переходе обеспечивается соединением двух половин 2 и 3 корпуса волноводного перехода 1 с помощью штифтов 12 и накидной гайки 13.

Волноводный переход от металлического волновода к диэлектрическому работает следующим образом.

Основная волна Н10 металлического волновода прямоугольного сечения 5 по мере распространения по волноводу переменного сечения волноводного перехода переходит в волну крестообразного волновода 6, близкую по структуре волне Н10 прямоугольного волновода, при этом электрическое поле волны концентрируется в основном в отрезке ДВ 7, заполняющем вертикальную часть крестообразного волновода 6.

Волноводы крестообразного сечения имеют более широкую рабочую полосу частот, более высокую критическую частоту основного типа колебаний (квази Н10-моды) [4], поэтому заполнение отрезком ДВ вертикальной части крестообразного волновода 6 не сдвигает критическую частоту основной волны Н10 при сохранении размеров (несмотря на диэлектрическое заполнение), обеспечивает широкополосность рабочих частот не хуже широкополосности прямоугольного волновода.

Волна крестообразного волновода 6 благодаря концентрации в основном в вертикальном сечении (в сечении ДВ) эффективно переходит в основную волну НЕ11 ДВ по мере распространения в рупоре 8 волноводного перехода.

Плавность изменения сечения волновода в предлагаемом волноводном переходе и клиновидный участок отрезка ДВ 7 обеспечивают малый уровень отражений в широкой полосе частот, а достаточно большие размеры раскрыва рупора на выходе волноводного перехода обеспечивают малый уровень потерь на излучение. Малые токи в стенках металлического волновода на горизонтальном участке крестообразного волновода обеспечивают малые тепловые потери в волноводном переходе.

Волноводный переход от металлического волновода к диэлектрическому может быть изготовлен путем фрезерования из металлических заготовок.

Был реализован макет волноводного перехода в 3 мм диапазоне длин волн со следующими характеристиками.

Сечение металлического волновода на входе волноводного перехода 2,4×1,2 мм, сечение раскрыва рупора 6,5×6,5 мм, длина волноводного перехода 21 мм, диэлектрический волновод выполнен из фторопласта сечением 2,3×1 мм.

Экспериментально полученные характеристики волноводного перехода следующие:

Указанные разбросы характеристик получены при выполнении десяти сборок-разборок перехода.

Реализованный прототип показал следующие характеристики:

- КСВн - 1,1-1,2;

- потери - 0,2-0,4 дБ, что превосходит показатели прототипа.

Таким образом, предлагаемый волноводный переход от металлического волновода к диэлектрическому за счет плавности изменения сечения волновода обеспечивает малый уровень отражений в широкой полосе частот, а за счет больших размеров раскрыва рупора на выходе волноводного перехода обеспечивает малый уровень потерь на излучение.

Жесткая фиксация диэлектрического волновода в профиле крестообразного участка волноводного перехода приводит к стабильности характеристик волноводного перехода при перестыковках ДВ, достаточной прочности конструкции при внешних механических воздействиях (удары, вибрации и т.п.) и простоте изготовления.

Кроме того, достигается упрощение изготовления волноводного перехода за счет фрезерной обработки.

Литература

1. Jeffrey A. Walter. Method for jointing a dielectric waveguide. United States Patent №5148593, H01P 11/00, U.S. Patent Documents, 22.09.1992.

2. Будагин И.Ф., Дубровин В.Ф., Мировицкий Д.И. Возбудитель антенн поверхностных волн. Авторское свидетельство СССР №282449, H01q 13/24. Бюллетень изобретений №45 от 05.11.1973.

3. Взятышев В.Ф., Рожков Г.Д., Рябов Б.И. Переход от металлического волновода к диэлектрическому. Авторское свидетельство СССР №333642, Н01р 5/08. Бюллетень изобретений №11 от 21.03.1972.

4. Громов Л.Л. Расчет волноводов сложных сечений. Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ". №5, 2010, с.3-11.

Волноводный переход от металлического волновода к диэлектрическому, содержащий клинообразный отрезок диэлектрического волновода и отрезок прямоугольного металлического волновода с рупором, отличающийся тем, что отрезок прямоугольного металлического волновода выполнен с плавным изменением сечения от прямоугольного на входе волноводного перехода до крестообразного и последующим плавным изменением сечения до квадратного на входе рупора, а сечение диэлектрического волновода равно сечению вертикальной части крестообразного металлического волновода с плавным уменьшением сечения на участке прямоугольного металлического волновода от крестообразного до прямоугольного на входе волноводного перехода, причем волноводный переход с рупором выполнен из двух половин, разделенных поперек широкой стенки прямоугольного металлического волновода и жестко соединенных друг с другом.



 

Похожие патенты:

Устройство относится к электронной технике сверхвысоких частот (СВЧ) и может использоваться в радиотехнических устройствах СВЧ для обеспечения надежного электрического контакта как между внутренним проводником коаксиально-полоскового перехода и полоском (контактной площадкой) СВЧ подложки, так и между контактными парами коаксиально-полосковых переходов при межблочном соединении.

Изобретение относится к устройству для передачи широкополосных высокочастотных сигналов средней длины волны с проводящей структурой, которая имеет, по меньшей мере, одну цепь передачи сигнала и две симметрично расположенные относительно цепи передачи сигнала основные цепи, которые совместно образуют копланарную линию передачи, причем проводящая структура таким образом расположена на двух противолежащих сторонах, по меньшей мере, одного диэлектрического слоя подложки заданной толщины, что проводящая структура образует гальваническое разделение, которое в заданных зонах стыковки перекрывается, вследствие чего зоны стыковки проводящей структуры передают высокочастотные сигналы через электромагнитную стыковку.

Изобретение относится к технике радиосвязи и может использоваться в широкодиапазонных радиопередатчиках для компенсации отклонений входного импеданса антенны от значения, при котором обеспечивается оптимальный режим работы усилителя мощности радиопередатчика.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к волноводной технике. .

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к технике спутникового телевидения. .

Изобретение относится к области высоковольтной импульсной электротехники, может быть использовано в установках, создающих мощные импульсные электромагнитные поля.

Изобретение относится к области обработки информации, в частности к области передачи высокочастотной энергии, а именно к устройствам коррекции амплитудно-частотной характеристики СВЧ трактов, широкополосного согласования, и может быть использовано в различных радиотехнических системах СВЧ, работающих с импульсными сигналами.

Изобретение относится к технике СВЧ. .

Изобретение относится к узлам антенно-фидерных устройств. .

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к волноводной технике. .
Наверх