ВОЛНОВОДНЫЙ УГОЛОК Российский патент 2005 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 Н-плоскости [Пат. Японии №59-27521, заявл. 1979 г., опубл. 1984 г.], состоящий из двух повернутых на 90° относительно друг друга в Н-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 уголковый волноводный элемент [Пат. ФРГ №2542188, заявл. 1975 г., опубл. 1977 г.], обеспечивающий поворот выходного волновода относительного входного в Е-плоскости на 180° и состоящий из вплотную примыкающих друг к другу 90-градусных уголков, меняющих направление распространения э/м волны сначала на 90°, а затем еще раз на 90° и согласованных по КСВ с помощью двух, наклоненных друг к другу и к осям входного и выходного волноводов отражателей.

Основными недостатками этих известных технических решений являются:

1. Поворот направления распространения только в одной плоскости (в плоскости Н или Е).

2. Одинаковые сечения входного и выходного волноводов.

Наиболее близким по своей технической сущности является волноводный уголок [Пат. России №2171522 C1, H 01 P 1/02, заявл. 2000 г., опубл. 2001 г.], содержащий входной и выходной волноводы с отражателями, расположенные под прямым углом один относительно другого, в которых узкая стенка входного волновода совмещена с широкой стенкой выходного волновода, а плоский отражатель входного волновода наклонен под углом 130°÷140° к его узкой стенке и имеет длину Д₁=(1÷1,2)a₁, где a₁ - размер широкой стенки входного волновода. При этом отражатель 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 прямоугольный треугольник с размерами катетов h=(0,6±0,15)в, где в - 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)λв₁ от торца входного волновода, где λв₁ - длина волны во входном волноводе, при этом усеченная часть призмы плавно скошена на длине l=(1,2±0,1)h в направлении к входу.

Основными недостатками этого технического решения являются:

1. Конструктивная сложность и нетехнологичность.

2. Малая рабочая полоса частот.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что волноводный уголок состоит из входного и выходного волноводов, расположенных под прямым углом один относительно другого. Во входном и выходном волноводах из одного в другой распространяется СВЧ-сигнал основной моды. Узкая стенка входного волновода совмещена с широкой стенкой выходного волновода. Волноводный уголок содержит два отражателя. Один из них плоский отражатель входного волновода наклонен под углом 130°÷140° к его узкой стенке, а другой отражатель установлен так, что одна его грань совпадает с широкой стенкой входного волновода, а другая - с совмещенной стенкой входного и выходного волноводов. Новыми признаками предлагаемого волноводного уголка является то, что плоский отражатель входного волновода имеет длину Д=(0,7÷0,95)a₁, где a₁ - размер широкой стенки входного волновода. Другой отражатель выполнен в виде четырехгранной прямой призмы, имеющей длину L=(0,65÷1,0)а₂, где а₂ - размер широкой стенки выходного волновода. Одно из оснований четырехгранной прямой призмы совпадает с закороченным торцом входного волновода, совмещенного с узкой стенкой выходного волновода, и имеет длину стороны, параллельной широкой стенке входного волновода, l₁, равную (0,4÷0,6)b₁, где b₁ - размер узкой стенки входного волновода. Длина стороны четырехгранной прямой призмы, параллельной узкой стенке входного волновода, l₂ равна (0,5÷0,95)b₂, где b₂ - размер узкой стенки выходного волновода.

Технический результат предлагаемого решения заключается в упрощении конструкции, улучшении технологичности и расширении рабочей полосы частот.

На фиг.1 приведен пример выполнения волноводного уголка.

На фиг.2 и 3 вид по стрелкам А и В соответственно, где α - угол наклона плоского отражателя к узкой стенке входного волновода.

На фиг.4 приведен график зависимости коэффициента стоячей волны (КСВ) от частоты для различных конкретных реализаций волноводного уголка.

Волноводный уголок состоит из входного волновода 1, выходного волновода 2, совмещенной стенки входного и выходного волноводов 3, плоского отражателя входного волновода 4, закороченного торца входного волновода 5, отражателя в виде четырехгранной призмы 6, прямоугольного основания четырехгранной призмы 7.

Принцип работы предлагаемого волноводного уголка заключается в следующем: СВЧ-сигнал, поступивший во входной волновод 1, отразившись от отражателей 4 и 6, проходит в выходной волновод 2. Поворот направления распространения электромагнитной волны на 90° в Н-плоскости обеспечено с помощью плоского отражателя 4 во входном волноводе, а на 90° в Е-плоскости - с помощью отражателя 6 в виде четырехгранной прямой призмы с прямоугольными основаниями, расположенного в зоне сопряжения входного и выходного волноводов. Согласование предлагаемого волноводного уголка по КСВ, в том числе и при различных сечениях входного и выходного волноводов, обеспечено за счет выбора размеров отражателей 4 и 6 (параметров Д₁, Д₂, l₁, l₂ и α).

Упрощение конструкции и технологии изготовления волноводного уголка, а также расширение рабочей полосы частот и уменьшение габаритного размера достигнуто за счет совмещения узкой стенки выходного волновода с закороченным торцом входного волновода, применения в качестве отражателя четырехгранной прямой призмы с прямоугольными основаниями и совмещения одного из этих оснований с закороченным торцом входного 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.

Изобретение может использоваться в волноводной, антенной и СВЧ-измерительной технике. Техническим результатом является упрощение конструкции и технологии изготовления, расширение рабочей полосы частот волноводного уголка, который обеспечивает совмещение трех функциональных элементов в одном (Н-уголок, Е-уголок и трансформатор сечений) без увеличения габаритных размеров и массы. Сущность изобретения состоит в том, что волноводный уголок состоит из двух ортогонально ориентированных друг к другу прямоугольных волноводов (входного и выходного) с элементами согласования в виде наклонного отражателя и четырехгранной прямой призмы с прямоугольными основаниями, расположенными во входном волноводе и в зоне сопряжения входного и выходного волноводов соответственно. 4 ил.

Волноводный уголок, содержащий входной и выходной волноводы, расположенные под прямым углом один относительно другого, в которых из одного в другой распространяется СВЧ-сигнал основной моды и у которых узкая стенка входного волновода совмещена с широкой стенкой выходного волновода, и два отражателя, один из них плоский отражатель входного волновода наклонен под углом α=130°-140° к его узкой стенке, а другой отражатель установлен так, что одна его грань совпадает с широкой стенкой входного волновода, а другая с совмещенной стенкой входного и выходного волноводов, отличающийся тем, что плоский отражатель входного волновода имеет длину Д=(0,7÷0,95)a₁, где a₁ - размер широкой стенки входного волновода, а другой отражатель выполнен в виде четырехгранной прямой призмы, имеющей длину L=(0,65÷1,0)а₂, где a₂ - размер широкой стенки выходного волновода, причем одно из ее оснований совпадает с закороченным торцом входного волновода и имеет длину стороны, параллельной широкой стенке входного волновода, l₁, равную (0,4÷0,6)b₁, где b₁ - размер узкой стенки входного волновода, а длину стороны, параллельной узкой стенке входного волновода, l₂, равную (0,5÷0,95)b₂, где b₂ - размер узкой стенки выходного волновода.