СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ АТТЕНЮАТОР Российский патент 1995 года по МПК H01P1/22 

Изобретение относится к элементам радиоэлектронной техники и может быть использовано в многоканальных волноводных разводках высокого уровня мощности, измерителях мощности и других приборах, позволяющих регулировать поток СВЧ энергии в канализирующих системах.

Известен регулируемый волноводный аттенюатор, в котором производится отбор мощности из канала волновода при помощи отверстий связи с последующим рассеянием ответвленной мощности в твердом поглотителе. Недостатком такого аттенюатора является ограничение уровня поглощаемой мощности в связи с невозможностью осуществлять эффективный отвод тепла от поглотителя. Кроме того, при регулировке величины ослабления аттенюатора значительно меняется согласование на его входе, а механизм подстройки, минимизирующий это изменение, отсутствует.

Наиболее близким к предлагаемому аттенюатору является переменный аттенюатор, содержащий отрезки основного и дополнительного волноводов прямоугольного поперечного сечения, элемент связи и поглотитель, который образован двумя стенками отрезка дополнительного волновода. Одна из стенок дополнительного волновода установлена с возможностью перемещения вдоль его оси. Элемент связи выполнен в виде отрезка волновода прямоугольного сечения, широкие стенки которого замкнуты короткозамыкателем, установленным с возможностью продольного перемещения, а отношение размеров сторон поперечного сечения отрезка волновода больше 10 [2]
Недостатком данного переменного аттенюатора является отсутствие системы эффективного отвода тепла от твердого поглотителя, что резко снижает уровень рассеиваемой на нем СВЧ-мощности и ограничивает динамический диапазон. При этом необходимо отметить, что применение твердого поглотителя для рассеяния высокого уровня мощности СВЧ даже при использовании материалов с высокой теплопроводностью требует жидкостного охлаждения, а в известном аттенюаторе это практически нереализуемо из-за возможности перемещения одной из стенок дополнительного волновода, являющейся поглотителем, вдоль его оси. К тому же в прототипе, как и в аналоге, при регулировке уровня ослабления меняется согласование на входе аттенюатора и отсутствуют элементы, минимизирующие это изменение.

Таким образом, задачей изобретения является создание регулируемого жидкостного прецизионного аттенюатора на высокий уровень проходящей мощности с расширенным динамическим диапазоном и улучшенным согласованием в широкой полосе частот.

Для решения этой задачи в устройстве, содержащем отрезок прямоугольного волновода с фланцами на входе и выходе, кварцевая трубка, формирующая поглощающую среду в канале этого волновода, выполнена с диаметром, обеспечивающим необходимый для рассеивания заданного уровня мощности расход жидкости, расположена перпендикулярно оси волновода и вектору напряженности электрической составляющей электромагнитного поля волны Н₁₀ с возможностью изменения глубины погружения ее в канал прямоугольного волновода и выбором параметров распределительного элемента, устанавливающего соотношение потоков мощности, рассеиваемой в жидкой поглощающей среде и проходящей на выход аттенюатора.

На фиг. 1 изображен регулируемый прецизионный волноводный аттенюатор; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1.

Аттенюатор содержит отрезок основного волновода 1 прямоугольного сечения с фланцами 2, отрезок круглого дополнительного волновода 3, внутри которого вдоль его оси при помощи фиксаторов, выполненных в виде опорных прокладок 5 с эксцентриситетом 0,011-0,014 ˙λ установлен поглотитель, представляющий собой кварцевую трубку 4 с внешним диаметром 0,4-0,92 ˙λ и толщиной стенки 0,03-0,12 ˙λ по которой циркулирует охлаждающая жидкость 6 и металлический вкладыш 7, высотой (0,2-0,98) В от размера узкой стенки "В" прямоугольного волновода, а наклонные плоскости расположены под углами (22-74^о) и соответственно 180^о-(22-74^о). Указанные интервалы изменения параметров установлены экспериментальным путем в процессе реализации аттенюаторов. Размеры L= λ_в/4 и l=0,065 ˙λ_в определяются только сечением прямоугольного волновода, где λ_в рабочая длина волны в волноводе.

В качестве охлаждающей жидкости, которая одновременно является и поглощающей средой, может быть применена охлаждающая жидкость ОЖ-65 ГОСТ 28084-89, вода, а также глицерин, этиловый спирт, фреон 113.

Заявляемый аттенюатор работает следующим образом.

Энергия электромагнитной волны Н₁₀ при распространении в канале прямоугольного волновода частично ослабляется жидкой поглощающей средой, циркулирующей в кварцевой трубке. Непоглощенная часть энергии при дальнейшем распространении в канале волновода распределительным элементом делится на два потока: один поток проходит на выход аттенюатора, а другой отражается от наклонной плоскости распределительного элемента, расположенной под указанными углами к оси прямоугольного волновода, и полностью рассеивается в жидкой поглощающей среде. Соотношение между потоками проходящей и поглощаемой мощности плавно регулируется глубиной погружения кварцевой трубки в канал прямоугольного волновода при повороте фиксирующих опорных прокладок с эксцентриситетом вокруг своей оси. Но вращение опорных прокладок вокруг своей оси, одновременно с изменением глубины погружения кварцевой трубки в канал волновода, приводит к перемещению ее в направлении вдоль оси прямоугольного волновода, что используется для регулировки согласования на входе аттенюатора. Использование изобретения позволит регулировать потоки СВЧ-энергии волноводных трактов высокого уровня мощности, осуществлять измерения мощности в этих трактах с применением серийных измерителей малого уровня мощности. Кроме этого, весьма перспективно функционирование таких аттенюаторов в качестве эквивалентов мощных передающих антенно-фидерных устройств с одновременным контролем уровня излучения.

Использование: в многоканальных волноводных радиотехнических системах высокого уровня мощности, в измерителях мощности. Сущность изобретения: устройство содержит отрезок основного прямоугольного волновода, перпендикулярно которому расположен отрезок дополнительного волновода. Волноводы соединены через отверстие в общей стенке. В отрезке основного волновода установлен металлический вкладыш. В отрезке дополнительного волновода с эксцентриситетом и возможностью поворота установлен поглотитель в виде кварцевой трубки, которая заполнена охлаждающей жидкостью. Приведены относительные размеры металлического вкладыша и кварцевой трубки. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ АТТЕНЮАТОР, содержащий отрезок основного волновода прямоугольного сечения с фланцами, соединенный через отверстие в первой широкой стенке с отрезком дополнительного волновода, расположенным перпендикулярно к основному, и поглотитель, отличающийся тем, что введен металлический вкладыш с двумя наклонными противолежащими плоскостями, который установлен своим большим основанием на второй широкой стенке основного волновода и выполнен с высотой, равной (0,2 0,98)b, где b размер узкой стенки основного волновода, и шириной, равной размеру широкой стенки основного волновода, наклонные плоскости металлического вкладыша выполнены под углом 22 74^o и соответственно 180^o (22-74^o) к плоскости широкой стенки основного волновода, при этом поглотитель выполнен в виде кварцевой трубки, заполненной охлаждающей жидкостью, которая установлена вдоль оси отрезка дополнительного волновода с эксцентриситетом, равным (0,01-100,014)·λ, и с возможностью поворота вокруг этой оси, внешний диаметр кварцевой трубки равен (0,4-0,92)·λ, а толщина ее стенки равна (0,03-0,12)·λ, где λ рабочая длина волны. 2. Аттенюатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей жидкости использована жидкость ОЖ-65(ГОСТ 28084-89). 3. Аттенюатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей жидкости использована вода. 4. Аттенюатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей жидкости использован глицерин. 5. Аттенюатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей жидкости использован этиловый спирт. 6. Аттенюатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей жидкости использован фреон 113.