ГАЗОНАПОЛНЕННЫЙ ВОЛНОВОД Российский патент 1997 года по МПК H01P3/12 

Изобретение относится к сверхвысоким частотам и может быть использовано при создании волноводных линий передачи для широкополосной дальней связи в радиорелейных и радиолокационных станциях и других устройствах.

Известен газонаполненный волновод /1/, содержащий полый волноведущий канал со стенками, выполненными из двух лент многослойного пленочного фольгированного материала, продольные края которых соединены между собой параллельными швами, образующими два плоских волновода антирезонансной ширины. Волноведущий канал заполнен газом под избыточным далвением и в зависимости от величины последнего может иметь круглую или чечевицеобразную форму поперечного сечения. Волновод с круглой формой поперечного сечения волноведущего канала работает на волнах типа H₀₁ с круговой симметрией поля, а с чечевицеобразной формой на несимметричных волнах типа EH₁₁. Недостатком этого волновода является относительно низкая прочность, т.к. Т- образные швы, соединяющие края лент многослойного пленочного материала, под действием избыточного давления работают на расслоение этого материала, и поэтому прочность такого соединения определяется, главным образом, адгезией между отдельными слоями пленки. Другим недостатком такого волновода является критичность формы его поперечного сечения к величине избыточного давления заполняющего его газа.

Известен также газонаполненный волновод /2/, выполненный аналогично описанному выше и содержащий две дополнительные диэлектрические ленты, приваренные к внутренней поверхности стенок полого волноведущего канала по всей его длине так, что их продольные оси лежат в плоскости расположения плоских волноводов. Дополнительные диэлектрические ленты приварены по всей ширине сплошным нахлесточным швом, что способствует повышению прочности волновода.

Недостатком этого волновода является его относительно низкая эксплуатационная надежность. Связано это с тем, что участки перехода стенок полого волноведущего канала в плоские волноводы имеют в рабочем состоянии малый радиус скругления, поэтому в процессе монтажа и демонтажа при многократных свертываниях и развертываниях такого волновода на упомянутых участках появляются микротрещины в фольге, входящей в состав пленочного многослойного материала. Кроме того, форма поперечного сечения этого волновода, как и описанного выше, критична к величине избыточного давления заполняющего его газа, что приводит к искажению передаваемого сигнала при работе волновода на несимметричных волнах.

Цель изобретения повышение эксплуатационной надежности газонаполненного волновода и обеспечение независимости формы поперечного сечения его волноведущего канала от величины избыточного давления газа.

Для этого в газонаполненном волноводе, содержащем полый волноведущий канал со стенками, выполненными из двух лент многослойного пленочного фольгированного материала, продольные края которых соединены между собой параллельными швами, образующими два плоских волновода антирезонансной ширины, в котором к внутренней поверхности стенок полого волноведущего канала по всей его длине приварены две дополнительные диэлектрические ленты так, что их продольные оси лежат в плоскости расположения плоских волноводов, упомянутые две диэлектрические ленты приварены своими продольными краевыми участками, при этом их неприваренные участки разделяют полый волноведущий канал на центральный отсек с круглым поперечным сечением, заполненный газом под избыточным давлением, и два боковых отсека с поперечным сечением треугольной формы, расположенных между центральным отсеком и плоскими волнводами и заполненных газом при нормальном давлении.

На фиг. 1 дан волновод (его поперечное сечение) в рабочем состоянии, т. е. в случае, когда его волноведущий канал заполнен газом; на фиг. 2 тот же волновод, имеющий упрочненную конструкцию.

Предложенный волновод содержит полый волноведущий канал со стенками 1 (фиг. 1), выполненными из двух лент многослойного пленочного фольгированного материала. Продольные края этих лент соединены между собой параллельными швами, образующими два плоских волновода 2 антирезонансной ширины d. К внутренней поверхности стенок 1 полого волноведущего канала по всей его длине приварены нахлесточными швами две дополнительные диэлектрические ленты 3, продольные оси которых лежат в плоскости ВВ расположения плоских волноводов 2. При этом приварены только продольные краевые участки 4 дополнительных диэлектрических лент 3, а их неприваренные участки разделяют полый волноведущий канал на центральный отсек 5 и два боковых отсека 6, расположенных между центральным отсеком 5 и плоскими волноводами 2. Центральный отсек 5 заполнен газом под избыточным давлением и имеет круглую форму поперечного сечения, а боковые отсеки 6 заполнены газом при нормальном давлении. В частности, они могут иметь сообщение с окружающим воздухом через специально предусмотренные каналы в оконечных устройствах, соединяющих газонаполненный волновод с жесткими металлическими волноводами. Боковые отсеки 6 при заполнении их воздухом имеют форму поперечного сечения в виде криволинейных треугольников. Размер неприваренного участка дополнительных диэлектрических лент 3 при проектировании волновода, работающего на несимметричных волнах, рассчитывается из условия заданного допустимого уровня кроссполяризационых потерь на плавной скрутке отрезка волновода определенной длины. Профиль полого волноведущего канала, образованного центральным отсеком 5 с круглым поперечным сечением и примыкающими к нему боковыми отсеками 6 с поперечным сечением в виде криволинейных треугольников, существенно отличен от круга. Это обеспечивает достаточный разнос фазовых скоростей двух ортогонально поляризованных волн типа H₁₁.

При использовании волновода для работы на симметричной волне типа H₀₁ размер неприваренного участка дополнительных диэлектрических лент 3 составляет порядка 1-2 мм. При этом профиль полого волноведущего канала практически остается круглым.

Для изготовления предложенного волновода в качестве многослойного пленочного фольгированного материала может использоваться трехслойная пленка, состоящая из слоя полиэтилентерефталата, алюминиевой фольги и слоя полиэтилена. Дополнительные диэлектрические ленты 3 могут быть выполнены из двухслойной пленки, содержащей слой полиэтилентерефталата и слой полиэтилена. Для повышения механической прочности волновода его стенки с внешней стороны могут быть армированы лентами 7 (фиг. 2) из высокопрочного диэлектрика, например, из полиэтилентерефталата. Для защиты кромок многослойных фольгированных лент от механических повреждений и повышения прочности волновода при осевых нагрузках плоские волноводы 2 могут быть окантованы ленточными тросиками 8, выполненными также из полиэтилентерефталата.

Для работы волновода на несимметричной волне его волноведущий канал, как было отмечено выше, должен иметь форму поперечного сечения, существенно отличающуюся от круга. Эта форма устанавливается после того, как избыточное давление газа в центральном отсеке 5 волноведущего канала становится достаточным, чтобы он принял форму круга, что происходит при величине избыточного давления порядка 0,1 атм. При дальнейшем повышении давления газа (номинальное эксплуатационное значение составляет 0,2 атм) форма поперечного сечения волноведущего канала не меняется, т.к. этому препятствуют приваренные к его стенкам, как описано выше, дополнительные диэлектрические ленты 3. Участвуя в формировании профиля поперечного сечения волноведущего канала, дополнительные ленты 3, состоящие из малопоглощающего материала, электрически остаются нейтральными. Плоские волноводы 2 антирезонансной ширины закорачивают по высокой частоте продольные щели в проводящих стенках водноведущего канала для поляризации поля волны H₁₁, при которой вектор E электрического поля перпендикулярен плоскости ВВ расположения плоских волноводов 2. Таким образом, предложенный волновод может одновременно работать независимо на двух поляризациях поля волны H₁₁ с малым погонным затуханием без кроссполяризационных помех.

Предложенная конструкция позволяет не только повысить формоустойчивость газонаполненного волновода, но и увеличивает его надежность в эксплуатации. Обусловлено это тем, что благодаря плавному скруглению участков перехода стенок 1 полого волноведущего канала в плоские волноводы 2 полностью исключается появление продольных микротрещин в фольге, входящей в состав многослойного материала, при многократных развертываниях и свертываниях волновода.

Изобретение относится к технике СВЧ линий передачи и может быть использовано для передачи волн сантиметрового диапазона в радиорелейных линиях и других радиотехнических системах, где требуется передача электромагнитной энергии (в том числе, высоких уровней мощности) на значительные (десятки и сотни метров) расстояния при минимальных материальных затратах, либо существенным является требование к мобильности (времени развертывания и свертывания) фидерного тракта. Цель изобретения: повышение прочности и эксплуатационной надежности конструкции газонаполненного металлодиэлектрического волновода с обеспечением устойчивости поляризации поля несимметричной рабочей волны H₁₁ в сантиметровом диапазоне волн и практически независящей от величины избыточного давления газа формы поперечного сечения полого канала волновода. Поставленная цель достигается тем, что в известном газонаполненном волноводе с токопроводящими стенками из многослойного пленочного фольгированного материала, содержащем полый канал, заполненный газом и два примыкающих к нему дополнительных плоских волновода антирезонансной ширины, заполненных высокочастотным диэлектриком, полый канал с помощью двух дополнительных диэлектрических лент, приваренных продольными нахлесточными швами к основным фольгированным лентам, образующим стенки полого канала и дополнительных плоских волноводов, разделен на три отсека: канал круглого сечения, заполненный газом под избыточным давлением, и два примыкающих к нему в плоскости расположения дополнительных плоских волноводов канала треугольной формы, заполненные газом при нормальном давлении, а сами дополнительные плоские волноводы окантованы ленточными тросиками из высокопрочного диэлектрического материала. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Газонаполненный волновод, содержащий полый волноведущий канал со стенками, выполненными из двух лент многослойного пленочного фольгированного материала, продольные края которых соединены между собой параллельными швами, образующими два плоских волновода антирезонансной ширины, при этом к внутренней поверхности стенок полого волноведущего канала по всей его длине приварены две дополнительные диэлектрические ленты, продольные оси которых лежат в плоскости расположения плоских волноводов, отличающийся тем, что дополнительные диэлектрические ленты приварены своими продольными краевыми участками, при этом их неприваренные участки разделяют полый волноведущий канал на центральный отсек с круглым поперечным сечением, заполненный газом под избыточным давлением, и два боковых отсека с поперечным сечением треугольной формы, расположенных между центральным отсеком и плоскими волноводами и заполненных газом при нормальном давлении. 2. Волновод по п.1, отличающийся тем, что его стенки с внешней стороны армированы лентами из высокопрочного диэлектрического материала. 3. Волновод по пп.1 и 2, отличающийся тем, что плоские волноводы окантованы ленточными тросиками из высокопрочного диэлектрического материала.