ВОЛНОВОДНОЕ ВРАЩАЮЩЕЕСЯ СОЧЛЕНЕНИЕ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК H01P1/06 

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано при создании широкополосных и многоканальных вращающихся сочленений для радиолокационных станций (РЛС) с вращающимся антенным устройством.

Конструктивно волноводное вращающееся сочленение (ВВС), как правило, состоит из двух волноводно-коаксиальных переходов (ВКП), подвижно сочленяемых по коаксиальной линии. Поэтому основные характеристики ВВС (число каналов, широкополосность, уровень пропускаемой мощности) во многом определяются свойствами используемых ВКП. В известных конструкциях ВВС (патент РФ №2127011, 1996 г.) обычно используется ВКП пуговичного типа, представляющий собой короткозамкнутый с одного конца отрезок прямоугольного волновода, сочленяемый с коаксиальной линией, ориентированной перпендикулярно широкой стенке волновода. Очевидными недостатками такого ВКП, ограничивающими возможность его применения в составе ВВС, являются: узкополосность согласования, наличие режима короткого замыкания и ограничение среднего диаметра коаксиальной линии (D_cp), который, во избежание условий распространения в нем волноводных волн высшего порядка, не должен превышать значения D_cp≤_{λ к/π , где λ к - самая короткая длина волны рабочего диапазона длин волны. Ограничение на Dcp такого ВКП оказывается принципиальным недостатком для применения его в составе многоканальных ВВС, так как коаксиальные линии всех каналов имеют одну общую ось, т.е. охватывают одна другую.}

Целью предлагаемого изобретения является создание широкополосного ВКП с большим диаметром коаксиальной линии и на их основе - вращающегося сочленения с широкими возможностями по рабочей полосе частот, уровню мощности и числу каналов. Сущность изобретения заключается в плавном переходе от волновода к коаксиальной линии с сохранением режима бегущей волны и использованием многоканальных делителей мощности.

На фиг.1, 2 приведена конструкция ВКП улиткообразной формы, на фиг.3, 4 - ВКП с использованием двухканального делителя мощности. На фиг.5 - ВКП с четырехканальным делителем мощности.

Конструкция ВКП, приведенная на фиг.1 и 2, состоит из входного волновода 1 с фланцем 2, согласующего трансформатора выполненного в виде трехступенчатого Е-перехода 3, 4 и 5 к кольцевому волноводу 6, располагаемого по кольцу со средним диаметром D_cp. Параметры согласующего трансформатора (число ступенек, их высота b₁, b₂, b₃, длина) могут быть рассчитаны без учета влияния кривизны кольцевого волновода по таблицам (Справочник по элементам волноводной техники. М.: изд. “Сов. Радио”, 1967), исходя из требуемой полосы согласования и допустимого коэффициента отражения. Кольцевой волновод 6 с одновременным плавным изгибом в плоскости Е претерпевает 90-градусный изгиб в плоскости Н подобно винтовой лестнице, как показано на фиг.1, и возбуждает коаксиальную линию 7, образованную наружным проводником 8 и внутренним проводником 9. Собственно переход от кольцевого волновода 6 к коаксиальной линии 7 выполнен сопряжением наружного проводника 8 и внутреннего проводника 9 коаксиальной линии с наружной и внутренней стенками кольцевого волновода 6 через крышку 10, являющуюся узкой стенкой кольцевого волновода. На выходных концах наружного проводника 8 и внутреннего проводника 9 предусмотрены кольцевые проточки для дроссельного сочленения двух ВКП, образующих ВВС.

Широкополосность ВКП, в зависимости от перепада волновых сопротивлений и числа ступенек согласующего трансформатора, может достигать 40%, т.е. работать во всей рабочей полосе кольцевого волновода.

Технологически волноводная часть ВКП может быть выполнена фрезерованием на глубину широкой стенки кольцевого волновода с последующей пайкой или приваркой крышки 10 совместно с наружным проводником 8 и внутренним проводником 9.

Электропрочность ВКП определяется в основном высотой кольцевого волновода, поскольку в нем отсутствуют другие источники рассогласований.

Для предотвращения условий распространения по коаксиальной линии волноводных типов волн (Н₁₀, Н₂₀, Е₁₁ и др.), приводящих к модуляции электрических параметров ВВС при вращении, средний диаметр коаксиальной линии D_cp, как и в ВКП-прототипе, не должен превышать значения λ _к/π . Этот недостаток устранен в другой конструкции ВКП, приведенной на фиг.3 и 4. Входной волновод 1 делится в Е-плоскости на два волноводных канала половинной высоты 11 и 12, волноводные выходы 13 и 14 которых, располагаясь по диаметру D_cp, как и в предыдущем варианте, претерпевают 90-градусные изгибы в Н-плоскости и возбуждают коаксиальную линию со средним диаметром D_cp, формируя результирующую волну ТЕМ-типа. Очевидно, что значения диаметров D_cp и d₀ в этом случае будут в два раза большими при прочих равных условиях, по сравнению с предыдущим вариантом ВКП.

Что касается широкополосности и электропрочности, то и эти параметры улучшаются. Однако, в составе ВВС два таких ВКП могут дать резонансные провалы в характеристике потерь из-за нарушения электрической симметрии (неравенство коэффициентов деления в трехступенчатых Е-переходах или неравенство электрических длин волноводных каналов). Для устранения этих резонансов в области Е-разветвления вмонтирована коаксиальная нагрузка 15, электрически связанная с двумя волноводными выходами 13 и 14 через четвертьволновую щель 16. В коаксиальной нагрузке 15 поглощаются только противофазные составляющие волн, подходящих к E-разветвлению по двум волноводным каналам. На синфазные составляющие волн, проходящих через Е-разветвление в любом направлении, нагрузка 15 влияния не оказывает.

На фиг.5 приведена еще одна конструкция ВКП с использованием четырехканального делителя мощности. Для согласования входного волновода 1 с волноводными выходами 13, 14, располагаемыми по окружности диаметра D_cp, использованы ступенчатые трансформаторы 17.

Как и в предыдущем варианте, в области Е-разветвления установлена коаксиальная нагрузка 15. Очевидно, что с увеличением числа каналов делителя мощности пропорционально возрастают допустимый диаметр коаксиальной линии D_cp и диаметр центрального отверстия d₀, что является существенным для многоканальных ВВС.

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС) с вращающимся антенным устройством. Технический результат заключается в широкополосности волноводно-коаксиального перехода с большим диаметром коаксиальной линии, что обеспечивает большие возможности сочленения по рабочей полосе частот, уровню мощности и числу каналов. Волноводное вращающееся сочленение состоит из двух волноводно-коаксиальных переходов, подвижно сочленяемых по выходным концам проводников коаксиальной линии. Переход от волновода к коаксиальной линии выполнен путем свертывания волновода по спирали в Е-плоскости с одновременным переходом на пониженную высоту и последующей ориентации его по окружности с одновременным 90-градусным изгибом в Н-плоскости и соединением с проводниками коаксиальной линии. Также предлагается вариант волноводного вращающегося сочленения, в котором переход от волновода к коаксиальной линии выполнен делением волновода в Е-плоскости на два волноводных канала одинаковой высоты с последующим расположением волноводных выходов по окружности с одновременным 90-градусным изгибом в Н-плоскости и соединением их с проводниками коаксиальной линии. В сочленении может быть использован и четырехканальный делитель мощности. 2 н. и 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Волноводное вращающееся сочленение, состоящее из двух волноводно-коаксиальных переходов, подвижно сочленяемых по выходным концам проводников коаксиальной линии, отличающееся тем, что переход от волновода к коаксиальной линии выполнен путем свертывания волновода по спирали в Е-плоскости с одновременным переходом на пониженную высоту, последующей ориентации его по окружности с одновременным 90-градусным изгибом в Н-плоскости и соединением с проводниками коаксиальной линии.2. Волноводное вращающееся сочленение, состоящее из двух волноводно-коаксиальных переходов, подвижно сочленяемых по выходным концам проводников коаксиальной линии, отличающееся тем, что переход от волновода к коаксиальной линии выполнен делением волновода в Е-плоскости на два волноводных канала одинаковой высоты с последующим расположением волноводных выходов по окружности с одновременным 90-градусным изгибом в Н-плоскости и соединением их с проводниками коаксиальной линии.3. Волноводное вращающееся сочленение по п.2, отличающееся тем, что переход от волновода к коаксиальной линии выполнен с использованием четырехканального делителя мощности.4. Волноводное вращающееся сочленение по п.2, отличающееся тем, что в Е-разветвлениях волноводных каналов вмонтирована коаксиальная нагрузка, электрически связанная с волноводными выходами через четвертьволновую щель.