ВОЛНОВОДНЫЙ УГОЛОК Российский патент 2001 года по МПК H01P1/02 

Предлагаемое техническое решение относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в волноводной, антенной и СВЧ-измерительной технике.

Известен волноводный уголок в H-плоскости [пат. Япония, N 59-27521, заявл. 1979 г. , опубл. 1984 г.], состоящий из двух повернутых на 90^o относительно друг друга в H-плоскости прямоугольных волноводов одинакового сечения, плоского отражателя и согласующего стержня, расположенных в зоне изгиба, при этом стержень соединяет плоский отражатель и противолежащее ему ребро сопряжения двух узких стенок волноводов.

Известен уголок в E-плоскости [пат. Япония, N 60-7401, заявл. 1980 г., опубл. 1985 г.], содержащий два волновода, повернутых относительно друг друга на 90^o в E-плоскости, плоский отражатель и согласующий стержень, соединяющий противоположные узкие стенки в зоне изгиба напротив плоского отражателя.

Известен волноводный изгиб [пат. Япония, заявл. N 60-98701 А опубл. N Е-347 85.10.04], содержащий входной и выходной волноводы с диэлектрическими линзами в каждом, предназначенными для фокусировки электромагнитной волны в центр плоского отражателя и обеспечения улучшенного согласования уголка по КСВ.

В практике волноводных трактов известна и широко используется схема каскадного соединения настроенных независимо друг от друга E и H-уголков и трансформаторов сечений, позволяющая последовательно решить функциональные задачи, выполняемые предлагаемым волноводным уголком: изменить направление распространения э/м волны на 90^o в H-плоскости, затем - в E-плоскости, а затем трансформировать сечение входного волновода в сечение выходного волновода. Однако такое устройство имеет большие габариты, т.к. для сохранения хороших электрических характеристик входящих узлов необходимо обеспечить между ними расстояние не менее (0.25-0.5) λ_в [Дж. К. Саусворт "Принципы и применение волноводной передачи", изд. "Сов. радио", Москва, 1955 г., гл. VII, стр. 214-216].

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому техническому решению является уголковый волноводный элемент [пат. ФРГ, N 2542188, заявл. 1975 г., опубл. 1977 г.], обеспечивающий поворот выходного волновода относительно входного в E-плоскости на 180^o и состоящий из вплотную примыкающих друг к другу 90-градусных уголков, меняющих направление распространения э/м волны сначала на 90^o, а затем еще раз на 90^o и согласованных по КСВ с помощью двух, наклоненных друг к другу и к осям входного и выходного волноводов отражателей.

Основными недостатками этого известного технического решения являются:
1. поворот направления распространения только в одной плоскости (в пл. E);
2. одинаковые сечения входного и выходного волноводов.

Технический результат предлагаемого решения заключается в обеспечении с помощью одного компактного устройства сразу трех функций: поворота направления распространения электромагнитной (э/м) волны в плоскости H на 90^o, изменения направления распространения э/м волны в E-плоскости на 90^o и трансформации сечения входного волновода в другое сечение, которое имеет выходной волновод, при одновременной минимизации габаритов, массы и улучшении электрических характеристик.

Возможность реализации этого результата обеспечивается за счет взаимного ортогонального расположения входного и выходного волноводов, совмещения одной из узких стенок входного волновода и одной из широких стенок выходного волновода и установка в зоне этого совмещения наклоненного под углом 130^o-140^o плоского отражателя входного волновода длиной Д₁=(1-1.2)a₁ и отражателя выходного волновода, выполненного в виде трехгранной усеченной призмы, две грани которой совпадают с широкой стенкой входного волновода и упомянутой совмещенной стенкой, а третья наклонена к ним и имеет плоскую часть длиной Д₂=(0.75±0.05)a₂, а также усеченную часть длиной l=(1.2±0.01)h, где a₁ и а₂ - ширина входного и выходного волноводов соответственно, h = (0.6±0.15)b - катеты прямоугольного треугольника, являющегося основанием призмы, а "b" - максимальная из высот входного или выходного волноводов. При этом основание призмы лежит в плоскости узкой стенки выходного волновода и отстоит от торца входного волновода на расстоянии Δ = (0,15±0,05) λ_в1, где λ_в1 - длина волны во входном волноводе.

Таким образом, сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что предложен волноводный уголок, входной и выходной каналы которого ориентированы ортогонально друг другу и имеют различные сечения. Для этого взаимное расположение волноводов и конструкция уголка выполнены так, чтобы
- узкая стенка входного волновода была совмещена с широкой стенкой выходного волновода,
- плоский отражатель входного волновода наклонен под углом 130^o - 140^o к его узкой стенке, противолежащей стенке совмещенной, и имеет длину Д₁=(1-1.2)а₁, где a₁ - размер широкой стенки входного волновода, а
- отражатель выходного волновода выполнен в виде трехгранной усеченной призмы, расположенной так, что одна ее грань совпадает с широкой стенкой входного волновода, другая - с совмещенной стенкой входного и выходного волноводов, третья имеет длину от основания до начала усечения Д₂= (0.75+0.05)а₂, где a₂ - размер широкой стенки выходного волновода, а основание призмы представляет собой прямоугольный треугольник с размерами катетов h=(0.6±0.15)b, где b - максимальный из двух размеров узкой стенки входного или выходного волноводов, лежит в плоскости узкой стенки выходного волновода, ближайшей к плоскому отражателю входного волновода, и находится на расстоянии Δ = (0.15+0.05) λ_в1 от торца входного волновода, где λ_в1 - длина волны во входном волноводе, при этом усеченная часть призмы плавно скошена на длине l=(1.2±0.1)h в направлении ко входу.

Сущность предлагаемого технического решения будет понятна из следующего описания и приложенного к нему графического материала.

На фиг. 1 приведен чертеж общего вида предлагаемого волноводного уголка.

На фиг. 2 - вид по стрелке А.

На фиг.3 - вид по стрелке В.

На фиг. 4 - график зависимости КСВ от частоты для конкретной реализации волноводного уголка: Д₁= λ ; Д₂ = 0.56 λ ; a₁ • b₁ = 0.86 λ • 0.38 λ ; a₂ • b₂ = 0.7 λ • 0.15 λ ; α = 135^o; h=0.24 λ ; l = 0.265 λ ; Δ =0.15 λ .

На чертеже общего вида (фиг. 1)
- (1) входной волновод;
- (2) выходной волновод;
- (3) совмещенная стенка входного и выходного волноводов;
- (4) плоский отражатель входного волновода;
- (5) торец входного волновода;
- (6) отражатель выходного волновода (призма);
- (7) основание призмы;
- (8) усеченная часть призмы;
- a₁, b₁ - ширина и высота входного волновода (фиг. 2,3);
- a₂, b₂ - ширина и высота выходного волновода;
- Д₁ - длина плоского отражателя входного волновода;
- Д₂ - длина плоской части третьей грани призмы от основания до начала усечения;
- l - длина плавного скоса усеченной призмы;
- h - размер катета прямоугольного треугольника в основании призмы;
- b - максимальный из двух размеров: b₁ или b₂;
- Δ - расстояние от торца входного волновода до основания призмы;
- α - угол наклона плоской части отражателей "Д₁" и "Д₂" к стенкам входного и выходного волноводов соответственно.

Принцип работы предлагаемого волноводного уголка заключается в следующем: СВЧ-сигнал, поступивший во входной волновод (1), отразившись от наклонных отражателей (4) и (6), проходит в выходной волновод (2). Поворот направления распространения э/м волны на 90^o в H-плоскости достигается с помощью плоского отражателя (4) во входном волноводе, а на 90^o в E-плоскости - с помощью отражателя (6), расположенного во входном волноводе напротив выходного. Согласование предлагаемого волноводного уголка по КСВ, в том числе и при различных сечениях входного и выходного волноводов, обеспечивается за счет выбора размеров, взаимной ориентации отражателей (4) и (6), их положения относительно входного и выходного волноводов (параметров h, α , Д₁, Д₂), а также с помощью плавного скоса призмы (8) и зазора Δ между основанием призмы и торцом входного волновода.

Минимизация общих габаритов волноводного уголка достигается за счет совмещения узкой стенки входного волновода и широкой стенки выходного волновода и установки в зоне их совмещения обоих наклонных отражателей: Д₁ - входного волновода и Д₂ - выходного волновода.

Результаты практической реализации предложенного технического решения не вызывают сомнения. Изготовлены и прошли испытания образцы волноводных уголков различных сечений для различных частот. Испытания подтвердили достижение заявленного технического эффекта.

Литература
1. Пат. Япония, N 59-27521, заявл. 1979 г., опубл. 1984 г.

2. Пат. Япония, N 60-7401, заявл. 1980 г., опубл. 1985 г.

3. Пат. Япония, заявл. N 60-98701А опубл. N Е-347 85.10.04.

4. Пат. ФРГ, N 2542188, заявл. 1975 г., опубл. 1977 г.

5. Дж. К. Саусворт "Принципы и применение волноводной передачи", изд. "Сов. радио", Москва, 1955 г., гл. VII, стр. 214-216.

Область применения: антенно-волноводная СВЧ-техника. Предлагается волноводный уголок, состоящий из двух ортогонально ориентированных друг к другу прямоугольных волноводов (входного и выходного) с наклонным отражателем в каждом. Техническим результатом является уменьшение габаритов и массы, что достигается за счет совмещения узкой стенки входного волновода с широкой стенкой выходного, а также ограничения размеров наклонных отражателей, выбора их взаимного расположения во входном волноводе напротив друг друга перед входом в выходной волновод. Для согласования волноводного уголка по КВС, в том числе при различных сечениях входного и выходного волноводов, используются два наклонных отражателя определенных размеров, определенным образом ориентированных и взаимно расположенных. Отражатель выходного волновода выполнен в виде усеченной призмы. Для согласования по КСВ используются также зазор между основанием призмы и торцом входного волновода и плавный скос призмы в направлении ко входу. Предлагаемый волноводный уголок обеспечивает поворот направления распространения электромагнитной волны на 90° в плоскости Н, поворот направления распространения электромагнитной волны на 90° в плоскости Е и переход от сечения входного волновода к сечению выходного волновода без специального трансформатора сечений. 4 ил.

Волноводный уголок, содержащий входной и выходной волноводы с отражателями, расположенные под прямым углом один относительно другого, в которых из одного в другой распространяется СВЧ-сигнал, отличающийся тем, что узкая стенка входного волновода совмещена с широкой стенкой выходного волновода, а плоский отражатель входного волновода наклонен под углом 130 - 140^o к его узкой стенке и имеет длину Д₁ = (1 - 1,2) а₁, где а₁ - размер широкой стенки входного волновода, при этом отражатель, выполненный в виде трехгранной призмы, установлен так, что одна ее грань совпадает с широкой стенкой входного волновода, другая - с совмещенной стенкой входного и выходного волноводов, третья имеет длину от основания до начала усечения Д₂ = (0,75 ± 0,05)а₂, где а₂ - размер широкой стенки выходного волновода, а основание призмы представляет собой прямоугольник с размерами катетов h = (0,6 ± 0,15)b, где b - максимальный из размеров узкой стенки входного или выходного волноводов, лежит в плоскости узкой стенки выходного волновода, ближайшей к плоскому отражателю входного волновода, и находится на расстоянии Δ = (0,15 ± 0,05) λ_в1 от торца входного волновода, где λ_в1 - длина волны во входном волноводе, при этом усеченная часть призмы плавно скошена на длине l = (1,2 ± 0,1) h в направлении ко входу.