ВОЛНОВОДНЫЙ ПЕРЕХОД Российский патент 1995 года по МПК H01P1/16 H01P5/08 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к волноводной технике.

Известен волноводный переход с круглого волновода на прямоугольный, причем трансформирующий отрезок волновода выполнен в виде плавного перехода [1]
Недостатками этого перехода являются значительная длина, составляющая несколько длин волн, и сложность изготовления.

Известен также волноводный переход, содержащий отрезок круглого волновода с расположенной в нем соосно согласующей вставкой, примыкающей к отрезку прямоугольного волновода, причем согласующая вставка выполнена из металла и представляет собой четвертьволновый отрезок волновода с овальной формой поперечного сечения [2]
Недостатками этого перехода являются узкая рабочая полоса частот и сложность изготовления.

Задача изобретения создать волноводный переход с круглого волновода на прямоугольный, который обеспечивал бы расширение рабочей полосы частот.

Это решается тем, что в волноводном переходе, содержащем отрезок круглого волновода с расположенной в нем соосно согласующей вставкой, примыкающей к отрезку прямоугольного волновода, согласно изобретению согласующая вставка выполнена в виде диэлектрической пластины, края которой закреплены на стенке круглого волновода, а плоскости ориентированы параллельно Н-плоскости прямоугольного волновода, причем длина диэлектрической пластины выбрана менее четверти длины волны в частично заполненном отрезке круглого волновода, а в место соединения отрезков круглого и прямоугольного волноводов дополнительно введен индуктивный элемент.

Такое выполнение волноводного перехода позволяет расширить рабочую полосу частот, уменьшить потери в переходе за счет улучшения качества согласования и упростить технологию изготовления перехода.

На фиг.1 изображен волноводный переход, общий вид; на фиг. 2 и 3 волноводный переход с индуктивной диафрагмой, сечение; на фиг.4 и 5 волноводный переход с индуктивным штырем, сечение; на фиг.6 и 7 волноводный переход с несоосным соединением отрезков круглого и прямоугольного волноводов, сечение.

Волноводный переход (фиг.1) содержит отрезок круглого волновода 1 и отрезок прямоугольного волновода 2, соединенные, например, с помощью фланцев 3. В отрезке круглого волновода расположена согласующая диэлектрическая вставка в форме пластины 4, плоскости 5 которой параллельны Н-плоскости прямоугольного волновода 2, а ось диэлектрической пластины 4 совпадает с осью 6 круглого волновода 1. Края 7 диэлектрической пластины 4 закреплены на стенке круглого волновода. Диэлектрическая пластина 4 прилегает вплотную к отрезку прямоугольного волновода 2, а ее длина выбрана менее четверти длины волны в отрезке круглого волновода, заполненного диэлектрической пластиной 4.

В месте соединения отрезков волноводов 1 и 2 дополнительно введен индуктивный элемент, выполненный, например, в виде индуктивной диафрагмы 8 или индуктивного штыря 9.

Волноводный переход с, например, симметричной индуктивной диафрагмой 8 выполнен из металлической фольги и закреплен между фланцами 3 круглого и прямоугольного волноводов. Высота диафрагмы 8 совпадает с высотой b прямоугольного волновода 2, а ширина а₁ меньше ширины а прямоугольного волновода 2. В случае, когда высота b₂ диэлектрической пластины 4 больше высоты b прямоугольного волновода 2 индуктивная диафрагма может быть выполнена непосредственно на торце диэлектрической пластины 4, например, путем его соответствующей металлизации. В этом случае упрощается задача герметизации перехода.

На фиг.4 и 5 изображен вариант выполнения волноводного перехода с, например, одним индуктивным штырем 9, замыкающим широкие стенки 10 прямоугольного волновода 2 в месте стыка волноводов.

На фиг.6, 7 изображен вариант выполнения волноводного перехода, в котором индуктивный элемент введен посредством несоосного соединения отрезка круглого волновода 1 и отрезка прямоугольного волновода 2. Ось 6 круглого волновода смещена относительно оси 11 прямоугольного волновода 2 на расстояние Δ _Н в H-плоскости и на расстояние Δ _Е в Е-плоскости, причем смещение Δ_Н больше Δ _Е, что обеспечивает внесение в месте стыка волноводов сопротивления индуктивного характера. В частном случае величина Δ _Е 0.

Действие устройства поясняется следующим образом. Стык круглого и прямоугольного волноводов имеет сопротивление емкостного характера, так как сужение прямоугольного волновода в Е-плоскости возмущает электрическое поле. Для изменения характера сопротивления на индуктивное (перекомпенсация) в месте стыка волноводов вводят индуктивный элемент. При этом согласование сопротивления нагрузки индуктивного характера с линией передачи может быть осуществлено трансформирующим отрезком волновода с длиной менее четверти длины волны в трансформирующем отрезке волновода с увеличением рабочей полосы частот за счет укорочения длины трансформирующего отрезка волновода. Роль этого отрезка как раз и выполняет отрезок круглого волновода 1 с расположенной в нем диэлектрической пластиной 4. Плоскости 5 диэлектрической пластины 4 должны быть ориентированы параллельно Н-плоскости прямоугольного волновода 3 для устранения деполяризации сигнала и улучшения согласования.

Длина L и высота b₂ диэлектрической пластины 4 должны быть экспериментально определены из условия согласования перехода в заданной полосе частот. При этом увеличение вносимого индуктивного сопротивления в месте стыка волноводов приводит к уменьшению длины L и увеличению высоты b₂ диэлектрической пластины 4.

Однако рабочая полоса частот перехода зависит как от величины вносимого индуктивного сопротивления, так и от длины диэлектрической пластины 4, причем значительное увеличение вносимого индуктивного сопротивления приводит к уменьшению рабочей полосы частот перехода из-за увеличения амплитуд волн, отраженных от концов диэлектрической пластины 4.

В предлагаемом переходе существует оптимальная величина вносимого индуктивного сопротивления, обеспечивающая максимальную рабочую полосу частот. Например, волноводный переход с круглого волновода D 18,8 мм на прямоугольный волновод 19 х 9,5 мм с оптимальной симметричной индуктивной диафрагмой с шириной окна а₁ 11,4 мм обеспечивает согласование по уровню коэффициента стоячей волны КСВН ≅ 1,1 в диапазоне частот 10,95.11,75 ГГц. Диэлектрическая пластина 4 выполнена из полиэтилена и имеет параметры L 5,0 мм, b₂ 6,7 мм.

Для упрощения конструкции перехода целесообразно индуктивный элемент ввести посредством несоосного соединения отрезков круглого и прямоугольного волноводов. Так, например, смещение оси 6 отрезка круглого волновода 1 диаметром 17,5 мм с диэлектрической пластиной 4 относительно оси 11 прямоугольного волновода 2 сечением 19 х 9,5 мм на Δ _Н 3,8 мм и Δ _Е 1,3 мм приводит к согласованию перехода по уровню КСВН ≅ 1,1 в диапазоне частот 10,95.11,75 ГГц. Длина пластины 4 равна L 10 мм, а высота b₂ 3,5 мм.

Достоинствами изобретения по сравнению с переходом на основе трансформирующего отрезка овальной формы (прототип) являются расширение рабочей полосы частот, упрощение технологии изготовления и улучшение качества согласования в рабочей полосе частот (в прототипе согласование обеспечивается по уровню КСВН ≅ 1,2).

Изобретение целесообразно использовать в приемных установках спутникового телевидения для согласования волноводных переключателей поляризации или излучателей, выполненных на основе круглых волноводов, с входом конвертора, выполненном на прямоугольном волноводе сечением 19 х 9,5 мм.

Использование: радиотехника СВЧ-диапазона. Сущность изобретения: волноводный переход содержит отрезки круглого волновода и прямоугольного волновода. В отрезке круглого волновода соосно размещена пластина, плоскости которой параллельны Н-плоскости отрезка прямоугольного волновода. В месте стыка отрезков круглого и прямоугольного волноводов введен индуктивный элемент, например диафрагма или штырь. Для упрощения конструкции индуктивный элемент целесообразно ввести посредством несоосного соединения отрезков круглого и прямоугольного волноводов. 7 ил.

ВОЛНОВОДНЫЙ ПЕРЕХОД, содержащий отрезок круглого волновода с расположенной в нем сооснос согласующей диэлектрической вставкой, прилегающей к отрезку прямоугольного волновода, отличающийся тем, что согласующая диэлектрическая вставка выполнена в форме пластины, края которой закреплены на стенке отрезка круглого волновода, а плоскости ориентированы параллельно Н-плоскости отрезка прямоугольного волновода, при этом длина пластины выбрана меньше четверти длины волны в отрезке круглого волновода с согласующей диэлектрчиеской вставкой, а в месте соединения отрезков круглого и прямоугольного волноводов введен индуктивный элемент.