Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений



Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений
Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений
Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений
Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений
Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений
Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений
Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений
Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений

Владельцы патента RU 2657318:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к переходным устройствам для связи волноводов различных размеров. Гибкий волновод содержит диэлектрический волновод и волноводные переходы от диэлектрического волновода к металлическому волноводу стандартного сечения с одной стороны, и к металлическому волноводу сверхразмерного сечения с другой стороны. Переходы включают отрезок волновода с плавно меняющимся сечением волноводного канала от прямоугольного к крестообразному сечению в центральной части волноводного перехода, переходящему в рупорное расширение для связи с диэлектрическим волноводом. Сечение диэлектрического волновода равно сечению вертикальной части крестообразного сечения волноводного канала отрезка металлического волновода. В одном из волноводных переходов сечение волноводного канала от крестообразного плавно расширяется до прямоугольного сверхразмерного сечения металлического волновода, площадь сечения которого на выходе волноводного перехода определена заданным соотношением площади сечения к рабочей длине волны, лежащим в диапазоне от 2 до 8 единиц. Длина расширяющегося участка волноводного канала не менее 6λ, и отрезок диэлектрического волновода на этом участке выполнен клинообразным. Технический результат - улучшение согласования волновых характеристик, уменьшение потерь и упрощение конструкции гибкого волновода. 6 ил.

 

Изобретение относится к технике микроволнового диапазона и может быть использовано в диагностической аппаратуре, в частности, в радиоинтерферометрах для измерения параметров быстропротекающих процессов движения различных материальных объектов, ударно-волновых и детонационных фронтов, параметров плазмы.

Расположение объекта исследования в труднодоступных местах или обеспечение безопасности и сохранения приемопередатчика (ПП) радиоинтерферометра при диагностике быстропротекающих ударных процессов требуют пространственного разнесения ПП и объекта исследования на единицы-десятки метров и их связи гибким волноведущим зондирующим трактом.

С этой целью в миллиметровом (мм) диапазоне длин волн широко используются диэлектрические волноводы (ДВ) [1].

В приемо-передающей и контрольно-измерительной аппаратуре мм диапазона волн волноводные выходы выполнены на полых металлических волноводах прямоугольного сечения. Применяются волноводы с сечениями, которые приняты стандартными, т.е. обеспечивающими распространение только основной волны Н10 с минимальными потерями для заданного диапазона длин волн (одномодовый режим работы) [2].

Для связи ДВ с металлическими волноводами (MB) применяются волноводные переходы от металлического волновода стандартного сечения к ДВ [3, 4, 5]. Однако уровень погонных потерь в ДВ от 2 до 6 дБ/м в диапазоне длин волн от 3 до 2 мм при энергетических параметрах современных ПП не обеспечивает возможность применения волноведущего зондирующего тракта на ДВ длиной более единиц метров.

Вместе с тем, диагностика целого ряда ударных быстропротекающих процессов в целях безопасности требует разнесения ПП радиоинтерферометра от объекта диагностики на десятки метров.

Известно, что значительного снижения погонных потерь можно достигнуть применением металлических волноводов сверхразмерных сечений. Так, применение прямоугольных металлических волноводов сверхразмерного сечения 7,2 × 3,4 мм2 для диапазона длин волн 3...2 мм обеспечивает в указанном диапазоне погонные потери 0,4…0,8 дБ/м [2]. В этом случае можно обеспечить длину волноведущего зондирующего тракта в десятки метров на MB сверхразмерного сечения с гибкими диэлектрическими волноводами на конечных участках тракта для связи с аппаратурой на прямоугольном MB стандартного сечения с одной стороны и для связи с протяженным MB сверхразмерного сечения с другой стороны.

Наиболее близким к предложенному решению является известный волноводный переход от металлического волновода к диэлектрическому, принятый за прототип [5], который обеспечивает переход диэлектрического волновода к MB со стандартным сечением волноводного канала для одномодового режима работы. Для перехода на MB сверхразмерного сечения необходимо дополнительно использовать переход металлического волновода со стандартного сечения на сверхразмерное сечение. Однако в силу многомодового режима MB сверхразмерных сечений для обеспечения возбуждения только основной моды Н10 такие переходы должны иметь длину от 20 до 100 длин волн [6, 7]. Это усложняет конструкцию гибкого волновода для связи MB стандартного и сверхразмерного сечений, что приводит к дополнительным потерям и рассогласованию в местах фланцевого соединения волноводного перехода MB к ДВ и волноводного перехода с одного сечения прямоугольного MB на другое, значительному увеличению габаритов волноводного перехода от MB сверхразмерного сечения к ДВ.

Техническим результатом предложенного изобретения является улучшение согласования волновых характеристик, уменьшение потерь и упрощение конструкции гибкого волновода для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений.

Указанный технический результат достигается тем, что в гибком волноводе для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений, содержащем диэлектрический волновод и волноводные переходы от диэлектрического волновода к металлическому волноводу стандартного сечения с одной стороны и к металлическому волноводу сверхразмерного сечения с другой стороны, включающие отрезок металлического волновода с плавно меняющимся сечением волноводного канала от прямоугольного сечения металлических волноводов на выходах гибкого волновода к крестообразному сечению в центральной части волноводного перехода, переходящему в рупорное расширение для связи с диэлектрическим волноводом, причем сечение диэлектрического волновода равно сечению вертикальной части крестообразного сечения волноводного канала отрезка металлического волновода, в одном из волноводных переходов сечение волноводного канала от крестообразного плавно расширяется до прямоугольного сверхразмерного сечения металлического волновода, площадь сечения которого на выходе волноводного перехода определена соотношением: где λ - рабочая длина волны, при этом длина расширяющегося участка волноводного канала не менее 6λ, и отрезок диэлектрического волновода на этом участке выполнен клинообразным.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими чертежами: на фиг. 1 представлен эскиз конструкции гибкого волновода, 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 и на фиг. 6 - сечение Д-Д.

Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений, представленный на фиг. 1, состоит из диэлектрического волновода 1 и волноводных переходов 2 и 3 к металлическим волноводам сверхразмерного и стандартного сечений соответственно.

Волноводный переход 2 в сечении А-А имеет фланец 4 для стыковки с металлическим волноводом сверхразмерного сечения, волноводный переход 3 в сечении Б-Б имеет фланец 5 для стыковки с металлическим волноводом стандартного сечения.

В корпусе волноводного перехода 2 реализован волноводный канал переменного сечения. В центральной части волноводного перехода 2 в сечении В-В волноводный канал имеет крестообразное сечение с вертикальной частью сечения, равной сечению диэлектрического волновода 1. На участке волноводного перехода от сечения В-В до сечения А-А длиной 6λ волноводный канал 6 плавно расширяется от крестообразного сечения до сверхразмерного сечения прямоугольного металлического волновода, площадь сечения S которого выбирается из соотношения а диэлектрический волновод выполнен клинообразным от сечения В-В до сечения А-А.

На участке волноводного перехода 2, от сечения В-В до сечения Д-Д, волноводный канал выполнен с плавным рупорным расширением 7.

Конструкция волноводного перехода 3 отличается от конструкции перехода 2 изменением сечения волноводного канала от крестообразного сечения в центре перехода до прямоугольного стандартного сечения волноводного канала в сечении Б-Б, 8 - рупорное расширение волноводного канала перехода 3.

Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений работает следующим образом.

Гибкий волновод фланцем 5 волноводного перехода 3 стыкуется с выходным металлическим волноводом стандартного сечения приемо-передающей аппаратуры.

Основная волна Н10 металлического волновода прямоугольного сечения по мере распространения по волноводному каналу волноводного перехода 3 переходит в волну крестообразного волновода, близкую по структуре волне Н10 прямоугольного металлического волновода, при этом электрическое поле волны концентрируется в основном в отрезке ДВ 1, заполняющем вертикальную часть крестообразного волноводного канала [5].

Волна на крестообразном волноводном участке в волноводном переходе 3 благодаря концентрации в вертикальном сечении (в сечении ДВ) эффективно переходит в основную волну НЕ11 ДВ по мере распространения в рупорном расширении 8 волноводного перехода 3.

Аналогичным образом, при распространении волны НЕ11 по ДВ 1 происходит обратное преобразование волны НЕ11 в Н10 на крестообразном участке волноводного перехода 2.

На плавно расширяющемся участке волноводного канала перехода 2 от сечения В-В до сечения А-А по мере расширения сечения возможно преобразование основной моды волновода в высшие моды, число которых пропорционально площади сечения S волновода и определяется по формуле Однако, выбирая сверхразмерное сечение волновода на выходе из фланца 4 (сечение А-А) из соотношения , можно обеспечить минимальное преобразование основной моды волновода в высшие типы мод на длине расширяющегося участка волноводного канала от сечения В-В до сечения А-А, равной 6λ, при выполнении диэлектрического волновода на всей длине этого участка клинообразным.

При такой конструкции волноводного перехода в сечении А-А обеспечивается минимальное преобразование основной моды волновода в высшие типы мод благодаря концентрации электромагнитного поля основной моды внутри клинообразного участка ДВ.

Был реализован макет гибкого волновода для связи металлических волноводов стандартного сечения 2,4 × 1,2 мм2 и сверхразмерного сечения 7,2 × 3,4 мм2 для длины волны, равной 3 мм, диэлектрический волновод был выполнен из фторопласта сечением 2,3 × 1,0 мм2. Экспериментальная проверка макета в диапазоне 90-100 ГГц показала, что общие потери в гибком волноводе при длине диэлектрического волновода 0,5 м не превышают 1,1 дБ, при этом потери в каждом из волноводных переходов не превышают 0,3 дБ.

Литература

1. Взятышев В.Ф. Диэлектрические волноводы. Изд-во «Сов. радио», М., 1970, с. 212

2. Техника субмиллиметровых волн. Под ред. Валитова Р.А. Изд-во «Сов. радио», М., 1969, с. 250-256.

3. Орехов Ю.И., Марков А.В., Корнев Н.С. и др. Микроволновый одноканальный радиоинтерферометр с волноведущим зондирующим трактом. Патент РФ №2569581, Н01Р 5/00. Опубл. 27.11.2015. Бюл. №33.

4. Взятышев В.Ф., Рожков Г.Д., Рябов Б.И. Переход от металлического волновода к диэлектрическому. Авт. св-во СССР 333642, Н01Р 5/08. Опубл. 21.03.1972. Бюл. №11.

5. Взятышев В.Ф., Орехов Ю.И., Панкратов А.Г. и др. Волноводный переход от металлического волновода к диэлектрическому. Патент РФ №2557472, Н01Р 5/08. Опубл. 20.07.2015, Бюл. №20.

6. Вершинина Л.Н., Мериакри В.В. Субмиллиметровый волноводный тракт. Радиотехника и электроника, №12, 1967, с. 1815-1817.

7. Терещенков А.И., Должиков В.В. О выборе оптимальной формы многоволнового прямоугольного волноводного перехода. Изв. вузов. Радиотехника т. VIII, №1, 1965, с. 48-54.

Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений содержит диэлектрический волновод и волноводные переходы от диэлектрического волновода к металлическому волноводу стандартного сечения с одной стороны, и к металлическому волноводу сверхразмерного сечения с другой стороны, включающие отрезок металлического волновода с плавно меняющимся сечением волноводного канала от прямоугольного сечения металлических волноводов на выходах гибкого волновода к крестообразному сечению в центральной части волноводного перехода, переходящему в рупорное расширение для связи с диэлектрическим волноводом, причем сечение диэлектрического волновода равно сечению вертикальной части крестообразного сечения волноводного канала отрезка металлического волновода, отличающийся тем, что в одном из волноводных переходов сечение волноводного канала от крестообразного плавно расширяется до прямоугольного сверхразмерного сечения металлического волновода, площадь сечения которого на выходе волноводного перехода определена соотношением: , где λ - рабочая длина волны, при этом длина расширяющегося участка волноводного канала не менее 6λ, и отрезок диэлектрического волновода на этом участке выполнен клинообразным.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, а именно к конструкции антенной решетки с частотным сканированием, которая может быть использована в радиолокации, радионавигации и других радиотехнических системах.

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к устройствам для передачи и распределения СВЧ мощности. Делитель СВЧ мощности содержит разветвление на два выхода и регулирующие емкости.

Изобретение относится к средствам мониторинга нахождения объекта. Комплекс мониторинга распределенных промышленных и транспортных объектов содержит последовательно соединенные приемо-передающую антенну, приемо-передающий блок, согласующее устройство, блок цифровой обработки сигналов и индикатор.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к делителям мощности. Устройство содержит входное плечо, подключенное через четвертьволновые отрезки линий передачи к двум выходным плечам.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике микроволнового диапазона и может быть использовано для измерения параметров быстропротекающих процессов движения различных материальных объектов, ударно-волновых и детонационных фронтов, плазмы.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в широкополосных приемных, передающих и измерительных устройствах СВЧ. Технический результат - повышение уровня мощности СВЧ-сигналов и уменьшение потерь.

Изобретение относится к технике СВЧ и может найти применение в системах активных фазированных антенных решеток, радиопередающих и других устройствах и системах СВЧ.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в качестве согласованного перехода между коаксиальной линией и регулярным волноводом.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и предназначено для распределения входного сигнала с заданным соотношением мощностей и может быть использовано в различных радиотехнических устройствах, например, для формирования амплитудного распределения в приемопередающих фазированных антенных решетках (ФАР).

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, а именно к волноводным трактам антенных решеток, и может быть использовано в антенных системах с частотным сканированием.

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к двухполяризационным излучателям, использующимся в бортовых двухполяризационных сканирующих фазированных антенных решетках (ФАР) Х-диапазона, а также более высокочастотных диапазонов.

Изобретение относится к области радиолокации, радионавигации, связи, антенно-фидерных систем, измерительной технике и может быть использовано для создания надежного соединения коаксиальной и микрополосковой линий, обладающего малым уровнем проходных и возвратных потерь.

Устройство (200) для ввода HF-мощности в волновод (100, 110) содержит двухтактный выходной каскад (210) с входом (211, 212) и выходом (213, 214), узел (240) фильтрации, который соединен с выходом (213, 214) двухтактного выходного каскада (210), индуктивную петлю (270), которая соединена с узлом (240) фильтрации.

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.

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 радиотехнике, в частности к переходным устройствам для связи волноводов различных размеров. Гибкий волновод содержит диэлектрический волновод и волноводные переходы от диэлектрического волновода к металлическому волноводу стандартного сечения с одной стороны, и к металлическому волноводу сверхразмерного сечения с другой стороны. Переходы включают отрезок волновода с плавно меняющимся сечением волноводного канала от прямоугольного к крестообразному сечению в центральной части волноводного перехода, переходящему в рупорное расширение для связи с диэлектрическим волноводом. Сечение диэлектрического волновода равно сечению вертикальной части крестообразного сечения волноводного канала отрезка металлического волновода. В одном из волноводных переходов сечение волноводного канала от крестообразного плавно расширяется до прямоугольного сверхразмерного сечения металлического волновода, площадь сечения которого на выходе волноводного перехода определена заданным соотношением площади сечения к рабочей длине волны, лежащим в диапазоне от 2 до 8 единиц. Длина расширяющегося участка волноводного канала не менее 6λ, и отрезок диэлектрического волновода на этом участке выполнен клинообразным. Технический результат - улучшение согласования волновых характеристик, уменьшение потерь и упрощение конструкции гибкого волновода. 6 ил.

Наверх